改善TiAl合金室温脆性的合金设计方法及实验研究

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TiAl合金由于具有高比强度、密度低和比模量、低的蠕变速率和优异的高温抗氧化能力，使其具有替代镍基高温合金的潜力。然而，TiAl合金严重的室温脆性限制了其广泛应用，所以改善TiAl合金的室温脆性一直是研究的热点。据报道，纳米相和合金元素可在同时提高强度和塑/韧性方面发挥积极作用。因此，本实验采用纳米TiB2作为增强相，研究其对TiAl合金室温力学性能和微观组织的影响。同时也设计了两种合金体系，采用真空电弧熔炼的方法，进行制备，并结合热处理的方法，改善合金的力学性能，研究合金元素对TiAl的影响。
　　（1）实验方法采用行星球磨机混粉，SPS烧结制备了Ti-46Al(at.％)-x（x=0、0.5、1.0、1.5）vol.%TiB2，并测试了室温压缩性能。结果表明，当纳米TiB2含量为0.5vol.%时，TiAl复合材料力学性能的提高相对较为显著，与Ti-46Al合金相比提高了71.2%和37.5%，分析认为纳米TiB2对TiAl有着晶粒细化的作用，但随着纳米TiB2的增加，纳米TiB2的团聚也越发严重，并且纳米TiB2主要集中在晶界处，可能对基体产生了割裂作用，反而降低了力学性能。
　　（2）试验研究了在铸态条件下Mn、Nb、V等合金元素对TiAl组织和力学性能的影响。实验结果表明，铸态合金存在合金元素的偏析，同时由于Nb元素的存在，产生了B2相，由于元素的偏析和B2相的存在，以及铸造过程中容易产生缩孔等缺陷，导致材料仍展现出很大的脆性。对两种材料进行XRD分析，组成相主要为TiAl、Ti3Al、B2相，同时还存在AlNb2、Al3Ti0.75Mn0.18V0.08。其中TiB2主要起细化铸造组织的作用，并且在铸造过程中，主要分布在晶粒内部，但在熔炼的过程中部分TiB2存在重熔的现象。
　　（3）针对上述铸态合金存在元素偏析，进行了相应的热处理。热处理的试验研究了在Tγ-solvus的温度区间内不同温度对TiAl合金微观组织和力学性能的影响。热处理后的主要相为TiAl、Ti3Al、以及B2相，热处理后并不能完全消除B2相，只能有效的减少，可能原因在于Nb、Mn、V在高温下都是β相稳定元素，从而导致B2相难以消除。热处理后元素发生了明显的扩散，Mn和V元素在基体中的分布较为均匀。经热处理后材料的压缩强度相比于铸态均有所提高，但压缩应变整体变化不大，在第二步热处理温度为1290℃，Ti-44Al-5Nb-2Mn-3V-0.5TiB2合金展现的综合力学性能最好，压缩强度达到2083MPa，应变达到19%。

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作者
戴尚;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名刘鑫旺;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类真空电弧熔炼;钛及其合金的热处理;
关键词
钛铝合金; 真空电弧熔炼; 热处理; 室温脆性; 力学性能; 微观组织;

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