长期热暴露过程中高铌—铪含量TiAl合金高温稳定性的研究

论文摘要

本文研究了具有全片层组织的合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B在700℃大气氛围中,一万小时热暴露过程中的长期热暴露的稳定性。采用透射电镜和扫描电镜等手段研究了合金在这个过程中的显微组织变化特征,并测试了相应的室温高周疲劳和拉伸性能。研究发现,经过热等静压和在α2单相区等温锻压后得到的合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2S-1B是一种a2+γ全片层结构。在合金晶界处存在着少量的等轴γ晶粒和残留着面积分数大约为3%的枝状B2（ω）相,合金组织中弥散分着硼化物组织。研究表明,长期大气高温热暴露导致合金α2+γ晶团内的α2层片发生了一定程度的α2→γ相变：部分α2层片转变成更为细小的Y层片。长期大气高温热暴露也导致合金中α2+γ层片条束上发生了一定程度的α2+γ→B2（ω）相变：条束上的部分α2+γ层片消失,代之以微米及亚微米尺度的B2（ω）块状相。在热暴露10000h后,B2（ω）相的面积分数达到8.4%。随着高温热暴露的逐渐进行,合金的室温塑性延伸率逐渐降低。在热暴露10000h后,合金的塑性延伸率约为热暴露前的三分之二。然而,长期高温热暴露对合金的室温拉伸断裂强度和条件屈服强度没有显示出明显的有害影响。在热暴露10000h后,其条件屈服强度总体上仍保持在600MPa级别。合金的室温疲劳性能没有显示出降低,相反,还有所提高,但是疲劳断裂的数据出现较大的离散现象。和单纯含Nb的TiAl合金相比发现,在复合添加Nb、Hf元素的TiAl合金中,热暴露所导致的“释氧脆化”和“B2+ω生成脆化”的影响较前者小。复合含Nb、Hf合金元素的TiAl合金有优于单纯含Nb的TiAl合金的高温热稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 TIAL基合金的基本特征及研究现状
• 1.2 TIAL基合金相变特征
• 1.2.1 TiAl合金的相与相图
• 1.2.2 TiAl基合金相变和显微组织
• 1.2.3 TiAl基合金中典型相的位相关系
• 1.3 TIAL基合金组织的优化
• 1.4 合金元素对TIAL基合金的作用
• 1.4.1 Nb对TiAl基合金性能的影响
• 1.4.2 Hf对TiAl基合金性能的影响
• 1.4.3 B对TiAl基合金性能的影响
• 1.4.4 Si对TiAl基合金性能的影响
• 1.5 高合金含量TIAl基合金中的偏聚与偏析
• 1.6 TIAL基合金的力学性能
• 1.6.1 TiAl基合金的拉伸性能
• 1.6.2 TiAl基合金的疲劳性能
• 1.6.3 TiAl基合金力学性能的改善
• 1.7 TIAL基合金的热稳定性
• 1.7.1 TiAl基合金高温稳定性
• 1.7.2 锻造对TiAl基合金组织性能的影响
• 1.8 本课题研究的目的、意义、内容及拟解决的关键问题
• 1.8.1 本课题研究的目的、意义
• 1.8.2 本课题研究的内容
• 1.8.3 本课题拟解决的关键问题
• 第二章 试验步骤与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验步骤方法
• 2.3 材料显微组织分析
• 2.3.1 SEM分析
• 2.3.2 TEM分析
• 2.4 力学性能测试
• 2.4.1 疲劳性能
• 2.4.2 拉伸性能
• 2.5 试验误差分析
• 第三章 实验结果
• 3.1 显微组织观察结果
• 3.1.1 扫描电子显微镜观察结果
• 3.1.2 透射电子显微镜观察结果
• 3.2 力学性能
• 3.2.1 拉伸性能
• 3.2.2 疲劳性能
• 3.3 断口形貌特征
• 3.3.1 拉伸断口特征
• 3.3.2 疲劳断口特征
• 第四章 分析与讨论
• 4.1 热暴露对微观组织的影响
• 4.2 热暴露对力学性能的影响
• 4.2.1 热暴露对拉伸性能的影响
• 4.2.2 热暴露对疲劳性能的影响
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果