放电等离子烧结制备Ti-43Al-9V合金的显微组织及力学性能研究

论文摘要

TiAl基合金因其低密度、高熔点、高比强度和比弹性模量、好的阻燃能力和抗氧化性等优点,作为下一代新型轻质高温结构材料引起了国内外学者的广泛研究。本文采用粉末冶金工艺（机械球磨+放电等离子烧结）制备细晶Ti-43Al-9V合金,系统地研究了获取高质量球磨粉末的工艺过程、放电等离子烧结工艺、以及钛铝基合金烧结体的显微组织与力学性能。将Ti粉、Al粉及V粉混粉20h使之混合均匀,定义为球磨0h的粉末。研究了球磨时间对粉末形貌的影响。当球磨时间为10-40h,没有添加过程控制剂的条件下,随球磨时间延长,粉末团聚焊合,出粉率为20-30%;当球磨时间为60h,按粉末质量1%添加硬脂酸作为过程控制剂,球磨出非常细小（3-10μm）的复合粉末,出粉率80-90%。将球磨0h的粉末进行放电等离子烧结,研究烧结温度对烧结体显微组织及力学性能的影响。当放电等离子烧结（SPS）温度为1100℃时,烧结体的相组成为γ-TiAl、α2-Ti3Al,仍存在少量钛单质,组织不均匀。烧结温度高于1150℃,烧结体的相组成为γ-TiAl、α2-Ti3Al和一定量的B2相,组织逐渐均匀。烧结温度为1150℃的烧结体力学性能最佳,平均硬度达到516HV,800℃抗拉强度达到463MPa,常温平均抗压强度达到2362MPa,平均最大压缩应变达到29.89%。将球磨60h的细小复合粉末进行放电等离子烧结,研究烧结温度对烧结体显微组织及力学性能的影响。烧结温度在1000-1250℃之间时,烧结体相组成均为γ-TiAl、α2-Ti3Al和一定量的B2相。随烧结温度升高,组织不断均匀,晶粒不断长大。1150℃烧结体综合力学性能达到最佳。平均硬度592HV,室温抗弯强度605MPa,常温压缩应变28.95%,平均最大压缩应力2600.5MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 TiAl基合金的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 TiAl基合金的发展
• 1.2.2 TiAl基合金的显微组织
• 1.2.3 TiAl基合金的力学性能
• 1.2.4 TiAl基合金元素设计
• 1.3 粉末冶金工艺概述
• 1.3.1 粉末冶金烧结工艺
• 1.3.2 放电等离子体烧结系统及机理
• 1.4 课题的选题意义及研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 主要研究内容
• 第2章 实验材料及研究方法
• 2.1 材料制备
• 2.1.1 实验用原材料
• 2.1.2 粉末样品制备设备
• 2.1.3 粉末样品烧结设备
• 2.2 TiAl基合金性能测试
• 2.2.1 硬度
• 2.2.2 拉伸性能测试
• 2.2.3 抗弯强度
• 2.2.4 压缩性能
• 2.2.5 断裂性能
• 第3章 球磨不同时间的粉末形貌
• 3.1 引言
• 3.2 混合均匀的Ti/Al/V粉末
• 3.3 球磨时间对粉末形貌的影响
• 3.3.1 球磨工艺参数
• 3.3.2 球磨不同时间的粉末形貌扫描
• 3.4 不同球磨时间粉末的XRD分析
• 3.5 球磨时间对粉末内部显微组织的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 球磨0h粉末SPS烧结体显微组织及力学性能
• 4.1 引言
• 4.2 Ti/Al/V粉末SPS烧结的显微组织分析
• 4.2.1 SPS烧结的工艺参数及试验过程
• 4.2.2 球磨0h粉末不同温度烧结体的显微组织
• 4.2.3 球磨0h粉末SPS烧结体的能谱分析
• 4.2.4 球磨0h粉末不同温度SPS烧结体的XRD分析
• 4.3 球磨0h粉末SPS烧结的力学性能分析
• 4.3.1 硬度测试
• 4.3.2 高温拉伸性能测试
• 4.3.3 常温压缩性能测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 球磨60h粉末SPS烧结体显微组织及力学性能
• 5.1 引言
• 5.2 球磨60h粉末SPS烧结体显微组织
• 5.2.1 SPS烧结的工艺参数及试验过程
• 5.2.2 球磨60h粉末SPS烧结体显微组织
• 5.2.3 球磨60h粉末SPS烧结体XRD分析
• 5.3 球磨60h粉末SPS烧结体的力学性能
• 5.3.1 硬度测试
• 5.3.2 室温抗弯性能
• 5.3.3 常温压缩性能
• 5.4 球磨60h粉末SPS与球磨0h粉末SPS力学性能的对比
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢