含高量W，Nb低量Al的五元铸态TiAl合金的凝固机理研究

发布时间：2017-08-31 06:20

  本文关键词：含高量W，Nb低量Al的五元铸态TiAl合金的凝固机理研究

  更多相关文章： γ-TiAl合金 冷却速度 力学性能 变形机理

【摘要】：本论文研究了三种不同冷却速度(由有无石棉包套以及是否扩大直径来控制),制备的近片层γ-TiAl合金Ti-45Al-5Nb-1W-1B (at.%)的显微组织和力学性能。系统分析了单个试样表层到心部晶粒尺寸变化(横向对比)以及第二相(主要为B2+ω,等轴γ)的分布特征,同时对不同冷却速度的试样也进行了纵向对比,探讨冷却速度的影响大小。本文同时对于合金的力学性能(室温和高温拉伸,疲劳以及蠕变)进行了测试分析,探讨其影响因素以及变形机制。研究发现：三种冷却速度铸造的γ-TiAl合金从表层到心部,依据晶粒尺寸变化规律都可以分为三个部分,即由几层晶粒所构成的表层细晶粒区(S区域),中间晶粒尺寸最大的过渡区域(M区域)以及心部区域(C区域)。分别对比不同冷却速度合金的对应区域发现表层S区域三种合金差别不大；过渡M区域的晶粒尺寸三种合金差别最大,从大到小依次为Alloy 1, Alloy 3和Alloy 2(合金编号按照冷却速度大小确定,从大到小依次为Alloy 1, Alloy 3和Alloy 2);而Alloy 2的心部C区域晶粒尺寸最小,Alloy 1和3差别不大。由此可见,冷却速度较慢时更有利于细化γ-TiAl合金晶粒,同时单纯的扩大铸锭直径并不能有效的降低冷却速度进而降低晶粒尺寸。除了晶粒尺寸的变化之外,本文对于三种冷速合金显微组织细节特征以及第二相分布特征也进行了统计和分析。结果表明,单一合金过渡区域(M区域)出现大范围了包晶反应现象,而这种现象随着冷却速度降低,包晶区域减小,Al元素富集区域也更加集中。同时,第二相随着冷速降低其数量也大量增加,因此Alloy 2心部C区域第二相含量最多。力学实验也表明,晶粒尺寸越小的区域可以获得更好的室温力学性能。随着实验温度的升高,片层组织的结构特点会使得合金高温力学性能得到一定程度的提高,但是,第二相的存在,特别是等轴γ相的数量达到一定值时,其对于高温强度的弱化作用会大于片层结构的强化作用使得力学性能下降。最后,对于疲劳实验中的“不确定”断裂现象,本文发现其发生概率会随着晶粒尺寸降低而减少。
【关键词】：γ-TiAl合金 冷却速度 力学性能 变形机理
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG292;TG146.23
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 TiAl合金基本特征11-14
• 1.1.1 相图与相变11-12
• 1.1.2 显微结构和组织12-14
• 1.2 TiAl合金制备工艺14-18
• 1.2.1 熔炼工艺16
• 1.2.2 热加工艺16-18
• 1.3 掺杂/改性元素对于TiAl合金基体性能影响18-21
• 1.3.1 铌对TiAl合金组织和性能的影响19-20
• 1.3.2 钨对TiAl合金组织和性能的影响20
• 1.3.3 硼对TiAl合金组织和性能的影响20-21
• 1.4 本领域国内外研究现状21-23
• 1.5 本课题研究的目的、意义及主要内容23-25
• 1.5.1 本课题研究的目的和意义23
• 1.5.2 本课题研究的主要内容23-25
• 第二章 实验方案与方法25-32
• 2.1 实验材料25
• 2.2 实验步骤25-26
• 2.3 显微组织观察26-27
• 2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)结果分析26-27
• 2.3.2 透射电子显微镜(TEM)结果分析27
• 2.4 力学性能测试27-32
• 2.4.1 拉伸性能测试27-28
• 2.4.2 疲劳性能测试28-29
• 2.4.3 蠕变性能测试29-31
• 2.4.4 技术路线31-32
• 第三章 合金显微组织分析32-49
• 3.1 金相组织显微与宏观观察32-34
• 3.2 合金组织扫描电子显微观察34-38
• 3.3 显微组织统计分析38-44
• 3.3.1 晶粒尺寸统计分析38-43
• 3.3.2 第二相体积统计分析43-44
• 3.4 合金组织透射电子显微观察44-45
• 3.5 分析与讨论45-49
• 3.5.1 冷却速度对于凝固路径以及显微组织的影响45-46
• 3.5.2 第二相形成、数量与分布特点46-49
• 第四章 合金力学性能测试及分析49-59
• 4.1 拉伸性能分析49-53
• 4.1.1 室温拉伸49-51
• 4.1.2 高温拉伸51-53
• 4.1.3 拉伸强度变化机理53
• 4.2 疲劳性能分析53-58
• 4.2.1 疲劳测试53-56
• 4.2.2 疲劳裂纹扩展56-57
• 4.2.3 疲劳不确定现象57-58
• 4.3 蠕变性能分析58-59
• 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果68

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