基于Ti-Al-Nb-Cr-B体系的TiAl基合金设计与微观组织研究

发布时间：2017-09-21 18:08

  本文关键词：基于Ti-Al-Nb-Cr-B体系的TiAl基合金设计与微观组织研究

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【摘要】：TiAl基合金因其具有密度低、熔点高、较高的比强度和比弹性模量、良好的抗蠕变抗氧化性能、耐腐蚀性好、结构稳定性好等优点,在航空航天领域和汽车工业中有广泛的应用前景。研究合金的成分、加工方法、热处理工艺对Ti Al基合金物相结构和微观组织的影响具有重要意义。本论文首先采用CALPHAD方法进行了基于Ti-Al-Nb-Cr-B体系的Ti Al基合金成分设计,分别用真空热压烧结法和电弧熔炼法制备低Nb-Ti Al和高NbTi Al合金样品,借助光学显微镜(OA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子探针微区成分分析(EPMA)等表征手段,重点研究了合金成分、制备方法和热处理对其物相和微观结构的影响。本论文取得以下结论:(1)采用CALPHAD方法,建立了Ti-Al-Nb-Cr-B五元系热力学数据库,在此基础上通过热力学计算获得Ti-Al-Nb-Cr四元系沿不同含量Al、Nb时的纵截面图,设计低Nb-Ti Al基合金成分点和高Nb-Ti Al基合金成分点,并通过计算得到相应成分点的物相含量随温度变化的关系。(2)采用真空热压烧结法制备出Cr含量不同的低Nb-Ti Al和高Nb-Ti Al合金样品,研究了Cr含量和900℃/4h的热处理对合金样品物相和微观组织的影响。热处理前样品中主要为γ-Ti Al相和α2-Ti3Al相,同时存在较多的富Nb区和富Cr区,热处理后物相依然为γ-Ti Al相和α2-Ti3Al相,但含量前后差异较大,致密度有所提高,孔隙减少。(3)采用真空非自耗电弧熔炼法制备出Cr含量不同的低Nb-Ti Al合金和高Nb-Ti Al合金样品,研究了Cr含量和900℃/4h的热处理对合金样品物相和微观结构的影响,热处理前样品中的物相以γ-Ti Al相和为α2-Ti3Al相为主,同时兼有较多的B2相分布于晶界,热处理后B2相明显减少,且随着Cr含量的增多,体系中的层片状组织越来越细小。
【关键词】：TiAl基合金 成分设计 CALPHAD方法 物相和微观组织
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9
• 1.2 TiAl基合金的研究现状与基本特性9-14
• 1.2.1 TiAl基合金的研究进展9-11
• 1.2.2 TiAl基合金的相及成分11-13
• 1.2.3 TiAl基合金的基本特性13-14
• 1.3 TiAl基合金的微观结构14-17
• 1.3.1 TiAl基合金的显微组织14-15
• 1.3.2 组织控制及合金化15-16
• 1.3.3 TiAl基合金的成形与加工16-17
• 1.4 本论文研究的内容与意义17-18
• 1.4.1 课题研究的意义17
• 1.4.2 课题研究的主要内容17-18
• 第二章 相图计算与成分设计18-31
• 2.1 热力学模型18-20
• 2.1.1 纯物质的热力学描述18-19
• 2.1.2 置换溶体模型19
• 2.1.3 亚点阵模型19-20
• 2.2 Ti-Al-Nb-Cr-B五元热力学数据库20-24
• 2.3 热力学计算与成分设计24-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 实验原料及实验方案31-37
• 3.1 实验原料及设备31-32
• 3.1.1 实验原料31
• 3.1.2 实验设备31-32
• 3.2 样品制备及工艺流程32-33
• 3.2.1 样品制备32-33
• 3.2.2 工艺流程33
• 3.3 实验表征方法33-36
• 3.3.1 光学显微镜（OA）33-35
• 3.3.2 X射线衍射分析（XRD）35
• 3.3.3 扫描电子显微镜（SEM）35
• 3.3.4 电子探针（EPMA）35-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 低Nb-TiAl基合金的物相分析和显微组织研究37-55
• 4.1 低Nb-TiAl基合金样品制备37
• 4.2 低Nb-TiAl基合金真空热压烧结样品结果分析37-46
• 4.2.1 热处理前的物相及结构表征37-43
• 4.2.2 热处理后的物相及结构表征43-46
• 4.3 低Nb-TiAl基合金真空熔炼样品结果分析46-54
• 4.3.1 热处理前的物相及结构表征46-51
• 4.3.2 热处理后的物相及结构表征51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 高Nb-TiAl基合金的物相分析和显微组织研究55-73
• 5.1 高Nb-TiAl基合金样品制备55
• 5.2 高Nb-TiAl基合金真空热压烧结样品结果分析55-64
• 5.2.1 热处理前的物相及结构表征55-61
• 5.2.2 热处理后的物相及结构表征61-64
• 5.3 高Nb-TiAl基合金真空熔炼样品结果分析64-71
• 5.3.1 热处理前的物相及结构表征64-68
• 5.3.2 热处理后的物相及结构表征68-71
• 5.4 本章小结71-73
• 主要结论73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 路新;王述超;朱鸿民;曲选辉;;粉末冶金TiAl基合金高温变形行为[J];北京科技大学学报;2010年09期

2 唐建成;黄伯云;周科朝;刘文胜;刘咏;贺跃辉;;TiAl基合金的组织演变[J];材料导报;2001年04期

3 陈玉勇;孔凡涛;;TiAl合金显微组织细化[J];金属学报;2008年05期

4 张伟;刘咏;黄劲松;刘彬;贺跃辉;;高铌TiAl高温合金的研究现状与展望[J];稀有金属快报;2007年08期

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本文编号：896068