稀土元素Y对粉末冶金制备钛铝合金组织和性能的影响

发布时间：2020-06-26 09:06

【摘要】：TiAl金属间化合物是一类很有潜力的高温结构材料,其应用温度高达900℃以上,且具有密度低,硬度高,比强度高等优良特性,是现在航空航天以及发动机方面比较好的高温结构件替代材料,具有很好的研究前景。现阶段TiAl基合金主要通过铸造法制备,该方法制备的TiAl基合金具有缩松、缩孔以及成分偏析等缺陷,采用粉末冶金法制备TiAl基合金可有效避免此类缺陷的产生。本文利用纯A1粉、TiH_2粉、YH_2粉末,通过真空热压烧结成功的制备了不同含Y量的Ti-45Al-xY(x=0,0.3,0.8)(at.%)合金,并系统分析了不同真空热压烧结工艺及不同Y含量对合金的显微组织(相及组织构成)及各项力学性能(硬度、压缩、三点弯曲)的影响。研究发现Ti-45Al-xY(x=0)合金的组织为近片层组织(NL),主要是由大量的γ+α2片层晶团和分布于晶团之间的等轴γ晶粒构成；Ti-45Al-xY(x=0.3,0.8)合金的组织也为近片层组织(NL),主要是由大量的γ+α2片层晶团和分布于晶团之间的等轴Y晶粒构成,以及分布在晶界和片层晶团内部片层上的YAl_2和Y_2O_3相构成。制各合金时的保温温度和保温时间对合金的组织有一定的影响,压力影响不大。当温度较低时,保温时间较短时,提高保温温度和延长保温时间会使合金中的组织均匀性提高(等轴γ相减少,α2+γ片层晶团增多)；但是保温温度较高和保温时间较长,会导致晶粒的长大。添加Y有阻碍晶粒长大的作用。无论合金是否含Y,随着保温温度的提高,保温时间的延长,保压压力的增加,合金的致密度得到提升。不含Y合金的性能受以下因素控制：1)晶粒度,2)合金的相的比例和组织均匀性。当合金烧结时保温温度低,保温时间比较短时,合金性能的主要控制因素为合金的相的比例和组织均匀性。当合金烧结时保温温度高,保温时间比较长时,合金性能的主要控制因素为合金的晶粒度。合金的性能随着保压压力的增加而提升。不含Y合金最佳的工艺为：保温温度1400℃,保温时间90min,保压压力42MPa,并控制烧结过程中的升温速率和降温速率。含Y合金的性能除了受晶粒度、组织均匀性和合金的相的比例影响外,还受Y形成的YAl_2和Y_2O_3相控制。Y的掺杂可以细化晶粒和片层内部层片组织,并起到净化合金内氧的作用。因为Y的掺杂形成的YAl_2和Y_2O_3相可以钉扎位错,阻止片层晶团内层片的横向生长,并抢夺合金内的O,从而起到细化和净化合金组织的作用。加入Y可以将晶粒尺寸细化到40μm,将片层晶团内层片细化到1μm以内。随着Y含量的增加,合金的晶粒和γ+α2片层晶团内部层片组织得到细化,合金的性能得到提升。含Y量为0.8%时,合金具有最佳的性能。
【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】：TF125.22

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本文编号：2730114