TiAl基合金组织控制对力学性能的影响

发布时间：2020-03-19 08:02

【摘要】：研究了 TiAl基合金片层组织的稳定性。Ti－47Al、Ti－48Al铸造合金因枝晶偏析程度比Ti－46Al合金严重，因而它们的铸态片层组织在1150℃时效时的稳定性比Ti－46Al合金低。Ti－48Al合金从α单相区炉冷的粗片层组织的稳定性比空冷细片层组织的稳定性高。研究了Ti－48Al合金空冷细片层组织1150℃时效时的连续粗化和不连续粗化机制。片层组织的连续粗化可通过片层界面缺陷迁移和片层界面分解的方式来实现。首次比较分析了真孪晶型、伪孪晶型和 120°旋转有序型三种γ／γ片层界面的相对稳定性：120°旋转有序界面不仅界面能较高，而且界面两侧γ片层｛111｝晶面的堆垛顺序不变，时效时可通过近邻原子短程跃迁而使界面发生迁移，因而稳定性最低；而真孪晶界面的稳定性最高。因不连续粗化转变而析出的DC 胞在晶界形核并向与之无位向关系的片层晶粒内生长，胞内的γ/α_2相界面通常平行于晶界另一侧的初生片层晶粒中的片层界面。首次研究发现，1150℃长时间时效，初生片层组织中的片状α_2相在DC胞生长过程中可以通过瑞利分解方式快速球化，形成非共格的球形α_2颗粒；而DC 胞内的共格片状α_2相则在尺寸粗化和形状粗化效应的共同作用下转变成不规则的多面体形。研究了Ti－48Al-(0.2～0.8)at％B合金中的硼化物生长形态和生长机理。在Ti－ 48Al－0.2B和Ti－48Al-0.5B合金中只有通过L→βTiB_2和 L＋β→α+TiB_2共晶反应与基体耦合生长的带状次生TiB_2相；而在Ti－48Al-0.8B合金中还出现了从液相中直接形核生长的初生TiB_2相，呈六方块状形貌，惯习面为｛10ī｝和（0001）。首次在不含β稳定化元素的Ti－48Al－0.8B合金中发现：在带状TiB_2相的芯部存在着许多与其共生长的仅5～10nm厚的极细的片状 B2相，，两相之间存在着｛1010｝_（（TiB）_2），//[0001]_（（TiB）_2）//010（（B）_2）的共格位向关系。 1150℃时效时，Ti-48Al-0.8B合金晶界上的带状TiB_2能有效抑制空冷细片层组织的不连续粗化转变。但γ晶粒可以从共非格的TiB_2／基体界面和晶界上重新形核析出，时效时间的延长至24h，片层组织可转变为近γ组织。当B含量达到0．8at％时，从液相中直接形核的块状TiB_2相显著细化了铸态组织；α单相区热处理时，带状TIB。相可阻碍a晶粒快速长大，合金中加入0．Zat％B就可有效细化全片层组织。研究了Y—。析出转变机理。。相从Y相中析出有两种方式：一种是从Y晶粒内沿门｝晶面以片状形貌析出；另一种则是在Y晶界上通过不连续析出转变以不规则的块状形貌析出。Ti斗合金中加入0．sat％B能显著降低Y晶内片状a析出相的形核率，并能抑制a相生长。HREM分析表明，片状a相是在Y相的堆垛层错上形核的，并通过“台阶一凸壁一扭折”机制生长。台阶形核率低及相界面上层错的存在是导致片状a相增厚十分缓慢的主要原因。首次在Y－a相变前沿的Y基体中观察到了间距为0．7urn按ABC＄CA／CAB堆垛顺序周期性重复排列的gR结构。通过多重热处理有效地细化了乃叶7．SA12Cr习（AXTi＊7．SAI上毛－ 0．ZB①）两种合金粗大的铸态组织，获得了不同类型的显微组织，并进行了力学性能试验。首次较系统地研究了网篮组织的力学性能。比较了全片层组织、网篮组织（三种抨近Y组织的室温拉伸性能：近Y组织的强度最低，塑性最好；全片层组织的强度最高，塑性最差；网篮组织的强度和塑性介于近Y组织和全片层组织之间，随片层束体积分数增加，强度逐渐升高，其室温延伸率基本保持在2刀％左右。合金B中带状TIB。相本身对强度的贡献不大，但可细化全片层组织，从而可提高其强度和塑性。引入了几何协调因子 m这一参量，用于比较全片层组织中三种Y／Y片层界面的变形协调性：120”旋转有序型Y／Y界面的几何协调性优于真孪晶型和伪孪晶型界面。通过计算相邻Y片层内各滑移系之间的几何协调因子，可以推测出相邻Y 片层内最可能被激活的滑移系或孪晶系，实验结果与理论分析结果相吻合。在网篮组织的室温变形结构中观察到了一种新的孪晶与a。片交截的机制：形变孪晶切过a。片时，a。片可以通过 K；－口卜 g；－＿（10T6｝的孪生机制来协调孪 —一‘”——－’”‘’18‘——一’”““－’”“””“”’”’”“””” 晶产生的切变。分析了各类组织的室温拉伸断口。比较了A、B两种合金全片层组织和三种网篮组织的760oC高温拉伸性能：全片层组织的强度最高；网篮组织随片层束体积分数增加，强度升高；网篮组织的塑性优于全片层组织。合金 A网篮组织的高温塑性O广 10叫％）显著优于合金B的网篮组织O广3wt％卜合金A网篮组织高温变形后产生的高密度形变孪晶与片层束发生了强烈的交截作用，导致材料发生了显著的形变强化。因位错发生攀移运动，网篮组织中的普通位错呈弯曲状，并形成了许多位错环。合金B网篮组织中的普通位错常带有交滑移产生的割阶，受割阶的钉扎作用，位错滑移比较困难。对高温拉伸
【学位授予单位】：北京航空材料研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2000
【分类号】：TG146.23

【引证文献】