区域加热处理对TiAl合金组织演化的影响

发布时间：2017-08-19 00:10

  本文关键词：区域加热处理对TiAl合金组织演化的影响

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【摘要】：TiAl合金具有低密度、高弹性模量、良好的高温强度以及优异的抗蠕变、抗氧化和抗烧蚀性能等优点,是航空发动机和汽车等耐热部件的最佳候选材料。由于TiAl合金的室温本征脆性,在常温下很难进行塑性变形,制约其拓展实际应用。研究表明,高熔点合金元素Nb的添加,不仅可以提高合金的熔点及有序化温度,同时还显著提高了TiAl合金的高温强度和抗氧化性能。而组织定向化则是改善和提高材料高温性能的有效手段,在拉伸应力方向具有平行晶界的定向显微组织结构的材料,具有高的疲劳抗力、优良的抗蠕变性能和良好的抗裂纹扩展能力,有利于提高合金的强度及韧性。本文以Ti45Al-Nb合金,研究了抽拉速率、热区温度及不同Nb含量对合金区域定向退火过程中组织演化规律的影响,系统探明合金片层取向及片层间距的变化规律,分析了经过不同区域定向热处理后组织硬度性能的变化规律。实验结果表明抽拉速率对组织演化具有显著影响。抽拉速率过快或者过慢都不能得到理想的柱状晶组织。在相同热区温度下,随着抽拉速率的提高,合金片层间距减小,发生剪切变形时穿过的片层数目增加,阻力增大,显微硬度增加。当抽拉速率不是很大时,随着抽拉速率的增加,组织中a2体积分数增加明显,γ相体积分数变化不大；当抽拉速率很大时,随着抽拉速率的增加,α2相Y相体积分数都有所增加。随着热区温度的提高,获得大长径比柱状晶所需的抽拉速率增加。抽拉速率相同的情况下,热区温度越高,越有利于形成柱状晶。此外,生长柱状晶的热区温度存在一个临界值,即相变点以上。当低于这个临界温度时,无论怎么改变抽拉速率,都不能获得柱状晶组织。并且随着热区温度的升高,合金的片层间距稍有减小。随着Nb含量的增加,在相同热区温度,相同抽拉速率的条件下,定向生长区稳定生长阶段的柱状晶越来越长,柱状晶的长径比也越来越大,柱状晶的晶界也越来越平直,晶界方向与生长方向近似平行。同时,Nb元素的加入扩大了p相区,并且降低了T。转变点。随着Nb含量的增加,在相同的区域热处理工艺下,合金片层间距有逐渐减小的趋势。
【关键词】：TiAl合金 定向退火 合金元素 抽拉速率 片层取向 片层间距
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 TiAl合金研究进展11-16
• 1.2.1 TiAl合金国内外发展概况11-12
• 1.2.2 TiAl合金中的相与相变12-13
• 1.2.3 TiAl合金的显微组织与性能13-15
• 1.2.4 Nb对TiAl合金组织性能的影响15-16
• 1.3 定向热处理研究进展16-22
• 1.3.1 常规热处理及现有定向技术在TiAl合金上的研究现状16-19
• 1.3.2 定向热处理的研究现状及在TiAl合金中的应用19-20
• 1.3.3 定向热处理的影响因素20-21
• 1.3.4 定向热处理过程中相变热力学与动力学21-22
• 1.4 本文的研究目的、意义及内容22-25
• 1.4.1 研究目的及意义22-23
• 1.4.2 研究内容23-25
• 2 实验材料及实验方法25-34
• 2.1 实验方案设计25-26
• 2.2 实验材料及设备26-29
• 2.2.1 实验材料26
• 2.2.2 实验设备26-29
• 2.3 实验方法29-34
• 2.3.1 合金制备29-30
• 2.3.2 定向热处理实验30
• 2.3.3 定向热处理温度分布的测量30-31
• 2.3.4 组织分析与性能表征31-34
• 3 抽拉速率对Ti-45Al-8Nb合金组织演化规律及性能影响34-51
• 3.1 1300℃不同抽拉速率对Ti-45Al-8Nb合金组织演化的影响35-43
• 3.1.1 不同抽拉速率下合金宏观组织分析35-37
• 3.1.2 不同抽拉速率下合金片层间距及片层取向分析37-40
• 3.1.3 不同抽拉速率下合金XRD物相分析40-41
• 3.1.4 不同抽拉速率的合金硬度性能的分析41-43
• 3.2 1250℃不同抽拉速率对Ti-45Al-8Nb合金组织演化的影响43-50
• 3.2.1 不同抽拉速率下定向退火后的宏观组织形貌分析43-45
• 3.2.2 不同抽拉速率下合金片层间距及片层取向分析45-48
• 3.2.3 不同抽拉速率下合金XRD物相分析48-49
• 3.2.4 不同抽拉速率下合金硬度性能分析49-50
• 3.3 本章小结50-51
• 4 热区温度对Ti-45Al-8Nb合金组织演化规律及性能影响51-62
• 4.1 α转变温度(Tα)以上不同热区温度对Ti-45Al-8Nb合金组织演化的影响51-55
• 4.1.1 不同热区温度定向退火后合金宏观组织形貌分析51-52
• 4.1.2 不同热区温度定向退火后合金片层间距分析52-53
• 4.1.3 不同热区温度定向退火后XRD物相分析53-54
• 4.1.4 不同热区温度定向退火后硬度性能分析54-55
• 4.2 共析转变(T_e)与α转变温度间不同温度对Ti-45Al-8Nb合金组织演化的影响55-58
• 4.2.1 不同热区温度定向退火后合金宏观组织形貌分析55
• 4.2.2 不同热区温度定向退火后合金片层间距分析55-56
• 4.2.3 不同热区温度定向退火后XRD物相及硬度性能分析56-58
• 4.3 共析转变(Te)温度以下900℃定向热处理对Ti-45Al-8Nb合金组织演化的影响58-60
• 4.3.1 900℃不同抽拉速率下合金组织分析58
• 4.3.2 900℃定向热处理后合金XRD物相及硬度性能分析58-60
• 4.4 本章小结60-62
• 5 不同Nb含量对TiAl基合金组织演化规律的影响62-69
• 5.1 不同Nb含量对合金α相转变温度的影响62-63
• 5.2 Ti-45Al-xNb(x=3,x=5,x=8)合金铸态组织分析63-65
• 5.3 定向退火后不同Nb含量的合金宏观形貌分析65-67
• 5.4 不同Nb含量对合金片层间距的影响67-68
• 5.5 本章小结68-69
• 6 结论69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-79
• 附录79

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