石墨烯对粉末冶金TiAl合金组织性能的影响

发布时间：2017-10-09 03:06

  本文关键词：石墨烯对粉末冶金TiAl合金组织性能的影响

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【摘要】：近年来,Ti Al合金以其优异的力学性能,被认为是最有希望代替Ni基合金的新一代高温结构材料。但其室温塑性差、难以加工变形,严重阻碍了其在航空航天等领域的广泛应用。粉末冶金可以获得均匀细小的显微组织,可实现近净成形,且便于添加合金元素,被认为是制备Ti Al合金的重要方法。研究表明,加入合金元素和增强相是改善Ti Al合金力学性能的有效途径之一。本文将超薄高强新材料石墨烯加入到Ti Al预合金粉末中,通过机械混粉,制备混合粉体,采用放电等离子烧结工艺制备块体材料,对烧结体进行热处理,来改善组织及力学性能。采用激光散射粒度仪对原始预合金粉末进行粒度分布研究,测量得到预合金粉末的平均粒径为171um,粉末多为球形度较好的规则球形粉末。扫描电镜结果显示,少量粉末出现气孔和缩松等缺陷,球形粉末表面和内部均存在不同的枝晶组织。粉末主要由α2相和γ相组成。将石墨烯按原子比含量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%加入到Ti Al预合金粉末中,混合得到不同石墨烯含量的混合粉体,研究发现,在20r/min和30r/min交替运行,周期为2h,运行16h的条件下,混合粉末均匀性最好,混粉过程在氩气保护的手套箱中完成。在1250℃/20min/50MPa条件下对混合粉体进行放电等离子烧结,得到不同石墨烯含量的Φ60×10mm的烧结体,致密度在98%以上。未添加石墨烯的烧结体组织不均匀,由细小的γ相和较大的α2/γ层片晶团组成,其中γ相含量较多,随着石墨烯加入量的增多,烧结体组织出现细化趋势,并有少量Ti2Al C产生。对烧结体进行力学性能测试,结果表明:弯曲强度、耐磨性、硬度均随着石墨烯加入量的增多呈上升趋势,加入0.8%石墨烯后烧结体的弯曲强度由602MPa升高到999MPa,提高了66%;耐磨性有了明显改善,摩擦系数由0.6降低到0.4;硬度值由290HV提高到410HV;烧结体的压缩强度随着石墨烯加入量的增多呈现先降低再升高的趋势,当加入0.8%石墨烯后,烧结体的压缩强度由2001MPa提高到2347MPa。不含石墨烯烧结体在1290℃/4h/炉冷条件下热处理可得到双态组织,随着石墨烯加入量的增多,组织中层片晶团含量增加,且Ti2Al C相量逐渐增多,呈颗粒状分布在晶界和α2/γ层片组织间,热处理后的拉伸强度呈现先升高再降低趋势。
【关键词】：粉末冶金 TiAl预合金粉末 放电等离子烧结 组织性能 热处理
【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】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 引言9-10
• 1.2 TiAl合金研究现状10-14
• 1.2.1 TiAl合金相图和晶体结构10-11
• 1.2.2 TiAl合金的组织11-12
• 1.2.3 TiAl合金性能12-14
• 1.3 提高TiAl合金性能方法14-18
• 1.3.1 热处理14
• 1.3.2 合金化14-17
• 1.3.3 引入增强相17-18
• 1.4 粉末冶金法制备TiAl合金18-23
• 1.4.1 粉末冶金工艺成形机理19-20
• 1.4.2 TiAl合金粉末冶金技术20-21
• 1.4.3 放电等离子烧结工艺21-23
• 1.5 课题主要研究内容23-25
• 第2章 实验材料与研究方法25-31
• 2.1 实验思路设计25
• 2.2 实验材料及设备25-27
• 2.2.1 TiAl预合金粉末和石墨烯25-26
• 2.2.2 实验用辅助材料26-27
• 2.2.3 实验设备27
• 2.3 材料分析及性能测试方法27-31
• 2.3.1 分析方法27-28
• 2.3.2 力学性能测试28-31
• 第3章TiAl/石墨烯混合粉体的制备31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 TiAl预合金粉末的粒度、形貌及组织分析31-37
• 3.2.1 TiAl预合金粉末粒度分析31-32
• 3.2.2 TiAl预合金粉末的形貌32-33
• 3.2.3 TiAl预合金粉末显微组织及相组成33-37
• 3.3 TiAl/石墨烯混合粉体的制备37-41
• 3.3.1 石墨烯与预合金粉末的混合工艺37-40
• 3.3.2 混合粉体的相组成40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 放电等离子烧结TiAl合金的组织性能42-62
• 4.1 引言42
• 4.2 混合粉体放电等离子烧结42-44
• 4.2.1 烧结工艺42-43
• 4.2.2 烧结体致密度43-44
• 4.3 烧结体的组织特征和相组成44-52
• 4.3.1 烧结体物相分析44-45
• 4.3.2 烧结体组织分析45-50
• 4.3.3 烧结体EBSD分析50-52
• 4.4 烧结体力学性能52-60
• 4.4.1 石墨烯对TiAl合金硬度的影响52-53
• 4.4.2 石墨烯对TiAl合金室温压缩性能的影响53-55
• 4.4.3 石墨烯对TiAl合金抗弯性能的影响55-56
• 4.4.4 石墨烯对TiAl合金摩擦磨损性能的影响56-60
• 4.5 本章小结60-62
• 第5章 热处理工艺对TiAl合金组织性能的影响62-71
• 5.1 引言62
• 5.2 热处理工艺的制定62-64
• 5.3 热处理对组织性能的影响64-69
• 5.3.1 热处理过程中组织演变64-66
• 5.3.2 石墨烯对热处理组织及相组成的影响66-68
• 5.3.3 石墨烯对拉伸性能的影响68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 结论71-72
• 参考文献72-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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6 ;CREEP BEHAVIOR OF ACASTγ，

本文编号：997781