放电等离子烧结TiAl合金高温变形特性研究
发布时间：2021-07-28 09:03
Ti Al合金因其密度低、高比刚度、高比强度、抗蠕变性好等诸多优异性能成为应用价值极高的新型轻质高温结构材料,在航空航天器发动机叶片等热端部件轻量化选材方面具有广阔的应用前景。由于其本征脆性、低延展性及成形性差等问题限制了在工业中的广泛应用。为克服这些不足,本文通过放电等离子烧结工艺对高纯低氧球形气雾化Ti Al预合金粉末进行致密化,系统研究了Ti Al合金烧结体的显微组织和性能,并通过热模拟压缩实验研究其热变形行为,从而为粉末冶金制备大尺寸Ti Al合金板材奠定基础。以气雾化工艺制备的Ti-43.5Al-5Nb-1V-1Y（at.%）预合金粉末为原料,通过放电等离子烧结工艺采用不同的烧结温度成功制备致密Ti Al合金。在烧结温度1200℃、1250℃、1300℃时分别获得近γ组织、双态组织、近层片组织,相的组成皆为γ-Ti Al、α2-Ti3Al及YAl2。烧结温度为1250℃的组织均匀,致密度较高,其断裂强度为2118.7 MPa,与烧结温度1300℃的合金数值相近,比烧结温度1200℃的合金高约20 MPa,其塑性...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TiAl二元合金相图[32]
-4-图1-1TiAl二元合金相图[32]Fig.1-1BinaryphasediagramofTiAlalloy图1-2为TiAl合金组成相的晶体结构图，图1-2a)和1-2b)为γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的晶体结构图，图1-2c)为β(B2)相的晶体结构图。a)α2phaseb)γphasec)B2phase图1-2TiAl合金组成相的晶体结构[34,35]Fig.1-2CrystalstructuresofconstituentphasesinTiAlAlloyalloyγ-TiAl的晶体结构为有序四方晶体结构(L10)，γ相结构的有序化温度为1440℃。γ相结构的晶格常数：a=0.3976nm，c=0.4049nm，轴间比c/a为1.02。α2-Ti3Al属密排六方晶体结构(DO19)，α2相的有序化温度为1125℃。α2相结构的晶格常数为a=b=0.577nm，轴间比c=0.462nm。通过调控Al元素，加入Nb，V、Cr、Mo等β相稳定元素，会出现β(B2)相。β(B2)相在高温下晶体结构为无序的体心立方结构，在冷却至室温时以有序的B2相形式存在，这时的
-5-相属于硬脆相，会造成合金性能下降。因此(α2+γ)TiAl合金和γ-TiAl合金是近年来研究的热点[33]。图1-3为TiAl合金的四种典型组织形貌[36,37]。为别为近γ组织(Neargamma，NG)、双态组织(Duplex，DP)、近层片组织(NearlyLamellar，NL)和全层片组织(FullyLamellar，FL)，它们是根据等轴γ相晶粒和α2/γ层片团的比例不用来区分的。图1-3TiAl合金的四种典型微观组织[36,37]Fig.1-3ThetypicalmicrostructureofTiAlalloy近γ组织由等轴的γ相晶粒和少量存在于γ晶界的α2相组成，通过在共析温度附近α+γ两相区进行热处理就可以获得近γ组织。细小晶粒及均匀组织可在较低热处理温度下获得，升高热处理温度，晶粒尺寸随之增大，组织变得不均匀。双态组织是由α2/γ层片晶团及大量的等轴γ相组成，在稍高于共析温度的α+γ两相区热处理，就可以得到双态组织，组织中α相和γ相互相钉扎，两相体积比约等于1，这时的晶粒生长缓慢而变得晶粒细校因此双态组织具有优异的室温塑性和强度，但是高温断裂韧性和抗蠕变性稍差。一般情况下，双态组织的晶粒相对比较细校近层片组织由大量的α2/γ层片晶团和少量分布于层片晶团间的等轴γ晶粒构成，热处理温度略低于α转变温度时，可以获得近层片组织，层片组织粗大，平均晶团尺寸约为150-200μm。全层片组织完全由粗大的α2/γ层片晶团组成，在略高于Tα的α单相区进
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiAl预合金粉末表征及后续热压烧结组织特点[J]. 康福伟,王珊珊,孙剑飞,刘娜. 粉末冶金工业. 2018(01)
[2]γ-TiAl基合金球磨粉放电等离子烧结行为[J]. 张驰,王岩,赵守鑫,王家文,陈钰青. 中国有色金属学报. 2016(08)
[3]Nb含量对铸造高铝TiAl合金高温强度和室温塑性的影响[J]. 李海昭,张熹雯,朱春雷,李胜,张继. 稀有金属材料与工程. 2016(07)
[4]TiAl合金板材的制备与组织分析[J]. 陈玉勇,孔凡涛,崔宁. 中国材料进展. 2015(05)
[5]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 2015(02)
[6]TiAl基合金室温塑性的影响因素及改善方法[J]. 陈子勇,吴丽娟,周峰,宫子琪,柴丽华,相志磊,聂祚仁. 材料导报. 2014(09)
[7]航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,高帆,黄浩. 航空制造技术. 2014(07)
[8]等离子电火花烧结温度对TiAl合金微观组织和力学性能的影响[J]. 杨鑫,奚正平,刘咏,汤慧萍,贾文鹏. 稀有金属材料与工程. 2012(06)
[9]真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭[J]. 贺卫卫,汤慧萍,刘海彦,贾文鹏,杨鑫,刘咏. 钛工业进展. 2010(05)
[10]包套锻造对Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金组织和性能的影响[J]. 杨非,陈玉勇,孔凡涛,肖树龙,徐丽娟. 中国有色金属学报. 2010(S1)
博士论文
[1]钛铝合金气雾化及其烧结成形的组织与相结构[D]. 杨冬野.哈尔滨工业大学 2015
[2]Ti-45Al-10Nb合金的粉末冶金法制备与组织性能研究[D]. 李学问.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]TiAl基合金粉末冶金及组织性能研究[D]. 张弘飞.哈尔滨工业大学 2012
[2]TiAl基合金热变形行为及高温力学性能研究[D]. 王辉.中南大学 2011
本文编号：3307623
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TiAl二元合金相图[32]
-4-图1-1TiAl二元合金相图[32]Fig.1-1BinaryphasediagramofTiAlalloy图1-2为TiAl合金组成相的晶体结构图，图1-2a)和1-2b)为γ-TiAl相和α2-Ti3Al相的晶体结构图，图1-2c)为β(B2)相的晶体结构图。a)α2phaseb)γphasec)B2phase图1-2TiAl合金组成相的晶体结构[34,35]Fig.1-2CrystalstructuresofconstituentphasesinTiAlAlloyalloyγ-TiAl的晶体结构为有序四方晶体结构(L10)，γ相结构的有序化温度为1440℃。γ相结构的晶格常数：a=0.3976nm，c=0.4049nm，轴间比c/a为1.02。α2-Ti3Al属密排六方晶体结构(DO19)，α2相的有序化温度为1125℃。α2相结构的晶格常数为a=b=0.577nm，轴间比c=0.462nm。通过调控Al元素，加入Nb，V、Cr、Mo等β相稳定元素，会出现β(B2)相。β(B2)相在高温下晶体结构为无序的体心立方结构，在冷却至室温时以有序的B2相形式存在，这时的
-5-相属于硬脆相，会造成合金性能下降。因此(α2+γ)TiAl合金和γ-TiAl合金是近年来研究的热点[33]。图1-3为TiAl合金的四种典型组织形貌[36,37]。为别为近γ组织(Neargamma，NG)、双态组织(Duplex，DP)、近层片组织(NearlyLamellar，NL)和全层片组织(FullyLamellar，FL)，它们是根据等轴γ相晶粒和α2/γ层片团的比例不用来区分的。图1-3TiAl合金的四种典型微观组织[36,37]Fig.1-3ThetypicalmicrostructureofTiAlalloy近γ组织由等轴的γ相晶粒和少量存在于γ晶界的α2相组成，通过在共析温度附近α+γ两相区进行热处理就可以获得近γ组织。细小晶粒及均匀组织可在较低热处理温度下获得，升高热处理温度，晶粒尺寸随之增大，组织变得不均匀。双态组织是由α2/γ层片晶团及大量的等轴γ相组成，在稍高于共析温度的α+γ两相区热处理，就可以得到双态组织，组织中α相和γ相互相钉扎，两相体积比约等于1，这时的晶粒生长缓慢而变得晶粒细校因此双态组织具有优异的室温塑性和强度，但是高温断裂韧性和抗蠕变性稍差。一般情况下，双态组织的晶粒相对比较细校近层片组织由大量的α2/γ层片晶团和少量分布于层片晶团间的等轴γ晶粒构成，热处理温度略低于α转变温度时，可以获得近层片组织，层片组织粗大，平均晶团尺寸约为150-200μm。全层片组织完全由粗大的α2/γ层片晶团组成，在略高于Tα的α单相区进
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiAl预合金粉末表征及后续热压烧结组织特点[J]. 康福伟,王珊珊,孙剑飞,刘娜. 粉末冶金工业. 2018(01)
[2]γ-TiAl基合金球磨粉放电等离子烧结行为[J]. 张驰,王岩,赵守鑫,王家文,陈钰青. 中国有色金属学报. 2016(08)
[3]Nb含量对铸造高铝TiAl合金高温强度和室温塑性的影响[J]. 李海昭,张熹雯,朱春雷,李胜,张继. 稀有金属材料与工程. 2016(07)
[4]TiAl合金板材的制备与组织分析[J]. 陈玉勇,孔凡涛,崔宁. 中国材料进展. 2015(05)
[5]钛铝金属间化合物的进展与挑战[J]. 杨锐. 金属学报. 2015(02)
[6]TiAl基合金室温塑性的影响因素及改善方法[J]. 陈子勇,吴丽娟,周峰,宫子琪,柴丽华,相志磊,聂祚仁. 材料导报. 2014(09)
[7]航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,高帆,黄浩. 航空制造技术. 2014(07)
[8]等离子电火花烧结温度对TiAl合金微观组织和力学性能的影响[J]. 杨鑫,奚正平,刘咏,汤慧萍,贾文鹏. 稀有金属材料与工程. 2012(06)
[9]真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭[J]. 贺卫卫,汤慧萍,刘海彦,贾文鹏,杨鑫,刘咏. 钛工业进展. 2010(05)
[10]包套锻造对Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金组织和性能的影响[J]. 杨非,陈玉勇,孔凡涛,肖树龙,徐丽娟. 中国有色金属学报. 2010(S1)
博士论文
[1]钛铝合金气雾化及其烧结成形的组织与相结构[D]. 杨冬野.哈尔滨工业大学 2015
[2]Ti-45Al-10Nb合金的粉末冶金法制备与组织性能研究[D]. 李学问.哈尔滨工业大学 2015
硕士论文
[1]TiAl基合金粉末冶金及组织性能研究[D]. 张弘飞.哈尔滨工业大学 2012
[2]TiAl基合金热变形行为及高温力学性能研究[D]. 王辉.中南大学 2011
本文编号：3307623
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