快速凝固TiAl-Nb合金的显微组织及相转变

论文摘要

γ-TiAl基合金由于低密度、高强度以及良好的高温强度和抗蠕变性,目前被认为是具有应用潜力的高温结构材料。但是在室温条件下表现出的低塑性和韧性,一直以来限制着它们的实际应用。本文首先采用真空钮扣炉制备了不同Nb含量的Ti-46Al-xNb-2Cr-0.3Y（x=2,4,6）母合金锭,接着利用快速凝固-熔体旋转法（Melt-Spinning）制备了同成分的合金薄带,研究合金元素Nb和快速凝固对合金组织和性能的影响。研究的目的是探索提高TiAl合金的室温塑性和高温性能的途径。利用金相电镜（OM）、扫描电镜（SEM）及电子探针（EPMA）对铸态合金的显微组织研究发现,合金呈现典型的枝晶组织,在枝晶间均匀地分布着白点状的Y2O3颗粒相以及网纹状的Al2Y化合物。对合金的XRD分析表明:随着Nb含量的增加合金中的α2-Ti3Al相含量减少,这是因为Nb的合金化降低了合金中Ti/Al的比例,促进了γ相的形核所致。由于α2-Ti3Al相含量的减少,显微硬度也随着Nb含量的增加而降低。利用扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）对快速凝固合金薄带的显微组织进行了观察。发现快速凝固使合金的显微组织明显细化,成分更加均匀。基体主要由块状组织和层片组织构成,存在着大量的析出物、孪晶、位错等微观结构。相分析表明,合金仍然由γ-TiAl和α2-Ti3Al相构成,不过在快速凝固条件下合金中的α2-Ti3Al相含量明显增多。快速凝固合金经过退火处理后,发现层片组织不断地被γ晶粒吞食,造成层片的减少和消失。随着退火温度的提高,合金中的层片组织越来越少,在970℃退火处理以后,合金几乎全部由块状组织构成。对铸态、快速凝固态和热处理态合金的γ-TiAl及α2-Ti3Al相的晶格参数的研究发现,三种合金在快速凝固条件下γ和α2相晶格参数a、c都要比铸态条件的低。快速凝固合金薄带经过热处理后,γ相和α2-Ti3Al相的晶格参数表现出相似的规律,其中a减少,而c变大。理论表明,晶格参数的减小会对TiAl材料电子云状态及位错滑移特点产生影响,有利于提高TiAl合金的室温塑性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 TiAl合金研究现状
• 1.2.1 TiAl基合金的发展及应用
• 1.2.2 TiAl金属间化合物的室温脆性机制及改善途径
• 1.2.3 TiAl金属间化合物抗蠕变性
• 1.2.4 TiAl金属间化合物热稳定性
• 1.3 快速凝固Ti合金研究现状
• 1.3.1 快速凝固钛合金粉末
• 1.3.2 快速凝固高温钛合金
• 1.3.3 快速凝固Ti-Ni系形状记忆合金
• 1.4 快速凝固钛铝合金研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 材料制备与实验方法
• 2.1 快速凝固TiAl基合金材料制备
• 2.1.1 材料的成分
• 2.1.2 母合金锭的熔炼
• 2.1.3 均匀化退火处理
• 2.1.4 快速凝固材料的制备
• 2.2 合金样品的测试与分析
• 2.2.1 显微组织的观察
• 2.2.2 相分析
• 2.2.3 力学性能测试
• 第3章 铌对铸态TiAl基合金显微组织及力学性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 铌对铸态TiAl基合金显微组织的影响
• 3.3 铸态TiAl 基合金相组成
• 3.4 铸态TiAl基合金力学性能测试
• 3.4.1 室温压缩实验
• 3.4.2 显微硬度测试
• 3.5 均匀化退火处理对TiAl基合金铸锭的影响
• 3.5.1 均匀化退火处理对TiAl基合金显微组织的影响
• 3.5.2 均匀化退火处理后对合金相组成的影响
• 3.5.3 均匀化退火处理后对TiAl合金硬度的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 快速凝固 TiAl 基合金薄带的显微组织及相 转变
• 4.1 引言
• 4.2 TiAl基合金薄带的形状尺寸
• 4.3 TiAl基合金薄带的显微组织形貌
• 4.3.1 TiAl基合金薄带的表面组织形貌
• 4.3.2 TiAl基合金薄带的显微组织形貌
• 4.4 快速凝固合金薄带的相组成
• 4.5 TiAl合金薄带的显微硬度
• 4.6 快速凝固合金薄带的在加热过程中的组织演变规律
• 4.6.1 退火温度的确定
• 4.6.2 退火后合金的XRD分析
• 4.6.3 合金薄带在加热过程中的组织演变规律
• 4.7 快速凝固对TiAl基合金薄带晶格参数的影响
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢