TiAl二元合金和Ti44Al6Nb1Cr固态置氢及组织性能研究

发布时间：2017-09-21 08:12

  本文关键词：TiAl二元合金和Ti44Al6Nb1Cr固态置氢及组织性能研究

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【摘要】：TiAl合金作为下一代轻质高温结构材料具有较好的综合力学性能,作为航空发动机材料有极大的发展潜力。然而TiAl合金室温延展性差,高温下变形抗力大,因此生产成本较高,在市场上的应用率较低。热氢处理技术能够降低热塑性加工时的流变应力,同时提高冷塑性变形时的变形极限,提高合金的加工性能。因此系统的研究热氢技术对TiAl合金加工性能的影响,可以加快TiAl合金的工业化应用进程。本文首先研究了氢流量、置氢时间、置氢温度对Ti-44Al-6Nb-1Cr合金和二元合金Ti-44Al、Ti-48Al置氢量的影响。结果发现合金中置氢量随氢流量、保温时间、温度增加而增加。氢流量和置氢时间有合适范围,超过范围后对置氢量影响较小,但置氢温度增加时置氢量会不断增加。本文对三种TiAl合金置氢前后的室温组织和力学性能变化进行了研究。发现Ti-44Al-6Nb-1Cr合金置氢后B2相体积分数明显增加,片层有所细化。TiAl二元合金置氢前后组织变化不太明显,但置氢温度达到β相转变温度后还是会出现片层细化现象。对TiAl二元合金的室温力学性能进行研究,室温压缩实验表明,置氢可以使二元合金的室温变形抗力减小,极限变形率增大,也就是说置氢可以提高二元合金的冷塑性成形能力。本文还通过热模拟试验重点研究了置氢对三种TiAl合金高温变形行为的影响,并通过后续变形组织的观察,对置氢影响合金高温变形行为的机理进行了分析。热模拟试验结果表明,温度升高时合金流变应力下降明显,而相同温度条件下置氢对合金高温变形时流动应力影响显著,总体上随着置氢量的增加合金流动应力不断降低,峰值应力降低幅度可达30-40%。对变形组织进行观察发现Ti-44Al-6Nb-1Cr合金和二元合金的变形机理有很大差别。Ti-44Al-6Nb-1Cr合金变形时主要依靠B2相的协调作用,氢提高其高温塑性机理主要是因为氢作为β相稳定元素使合金中B2相含量增加,合金滑移系增多,变形协调性能增强。TiAl二元合金无B2相存在,变形时主要依靠γ相位错的滑移和迁移,变形初期变形抗力较大,主要通过进入动态软化阶段时动态再结晶进行变形协调。对Ti-44Al合金深入分析发现,置氢对二元合金的高温增塑主要体现在对动态再结晶的促进作用上。置氢对再结晶形核和长大都有利,使再结晶过程提前,变形时的峰值应力下降。另外置氢还可以促进位错运动,综合作用下实现了高温增塑。
【关键词】：TiAl合金 固态置氢 组织演化 力学性能 增塑机理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9
• 1.2 TiAl基合金研究现状9-12
• 1.3 置氢技术理论基础及置氢方式简介12-14
• 1.3.1 氢在钛及钛铝合金中的特性研究12-13
• 1.3.2 置氢工艺13-14
• 1.4 置氢技术研究现状14-20
• 1.4.1 置氢对Ti及TiAl合金组织研究现状14-16
• 1.4.2 置氢对Ti及TiAl合金室温性能研究现状16-18
• 1.4.3 置氢对Ti及TiAl合金高温性能影响18-20
• 1.5 本文的主要研究内容20-22
• 第2章 试验材料及研究方法22-27
• 2.1 研究方案22
• 2.2 试验材料22-23
• 2.3 置氢处理试验过程23-25
• 2.3.1 试验设备24
• 2.3.2 置氢实验24-25
• 2.4 组织观察25-26
• 2.4.1 金相显微组织观察（OM）25
• 2.4.2 X射线衍射分析（XRD）25-26
• 2.4.3 扫描电镜组织观察（SEM）26
• 2.4.4 电子背散射衍射分析（EBSD）26
• 2.4.5 透射电镜组织观察（TEM）26
• 2.5 力学性能测试26-27
• 2.5.1 室温硬度及室温压缩实验26
• 2.5.2 热模拟实验26-27
• 第3章 TiAl合金固态置氢工艺27-34
• 3.1 引言27
• 3.2 固态置氢工艺27-33
• 3.2.1 置氢时间对置氢量的影响27-29
• 3.2.2 氢流量对置氢量的影响29-30
• 3.2.3 置氢温度对置氢量的影响30-31
• 3.2.4 不同TiAl合金置氢量的不同31-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第四章 氢对TiAl合金室温组织及性能的影响34-47
• 4.1 引言34
• 4.2 置氢前后微观组织分析34-44
• 4.2.1 Ti-44Al-6Nb-1Cr置氢前后组织分析34-37
• 4.2.2 二元TiAl合金置氢前后微观组织分析37-44
• 4.3 置氢前后XRD物相分析44-45
• 4.4 置氢前后室温力学性能分析45-46
• 4.4.1 显微硬度分析45
• 4.4.2 室温塑性分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 氢对钛铝合金高温变形行为的影响47-64
• 5.1 引言47
• 5.2 置氢对TiAl合金高温变形行为影响47-52
• 5.2.1 宏观压缩试样观察47-48
• 5.2.2 置氢对流动应力影响48-52
• 5.3 Ti-44Al-6Nb-1Cr高温塑性变形机制52-56
• 5.3.1 置氢对四元铸态合金高温变形的影响52-54
• 5.3.2 置氢对四元定向合金高温变形的影响54-56
• 5.4 二元TiAl合金高温塑性变形机制56-62
• 5.4.1 置氢对Ti-48Al合金高温变形的影响56
• 5.4.2 置氢对Ti-44Al合金高温变形的影响56-58
• 5.4.3 置氢影响二元TiAl合金塑性的机理研究58-62
• 5.5 本章小结62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70

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本文编号：893348