TiB+TiC+La2O3/γ-TiAl组织演变和力学性能研究

论文摘要

TiAl基金属间化合物（也称TiAl合金）具有质量轻、高温强度高、抗蠕变性能好等突出优点而越来越受到重视。TiA1基金属间化合物的弹性模量、抗蠕变性能等均比钛合金好得多,与Ni基高温合金相当,但密度还不到Ni基合金的1/2,使用温度可望达到900o C以上,室温模量可达176 GPa,现已成为飞机发动机叶片等一些关键高温部件的侯选材料。目前TiA1基金属间化合物应用存在的主要问题是室温塑性低,热加工性能差,而使其应用遇到困难。根据目前的研究现状,细化层片组织是提高TiAl基金属间化合物综合力学性能的重要途径。大量研究都表明硼对铸态TiAl组织有明显的细化作用,但硼在凝固过程中形成的长带状硼化物TiB或TiB2会降低TiAl室温塑性。本研究通过在TiAl基金属间化合物中加入LaB6粉末、TiB2粉末和C粉作为反应剂,使B、C和La元素当量控制在1.5 at %,研究了原位生成的TiB、La2O3和TiC对TiAl基金属间化合物组织的细化作用以及在凝固过程中对组织演变的影响。结果表明,TiB+La2O3和TiB+TiC对TiAl组织细化作用均优于传统上单质硼的细化作用;同时TiB、La2O3和TiC这些陶瓷相促进TiAl凝固过程中层片组织转变,C元素加入改变了初生β相枝晶形貌。通过对TiB形貌的TEM分析,研究了陶瓷相在凝固过程中的交互作用和TiAl中硼化物的形貌影响规律。结果表明,熔点较高的TiC能在凝固过程中为TiB提供异质形核核心,细化了TiAl中的硼化物。细化后的硼化物长度约为30μm左右,且不存在长度超过数百微米的长带状硼化。通过异质形核和成分过冷理论分析了硼化物的形貌影响机制。通过不同的α+γ相区退火处理,探讨了层片组织连续粗化现象并分析总结了其对TiAl基金属间化合物力学性能的影响,研究了TiB、La2O3等对层片组织连续粗化的影响。结果表明,由连续粗化生成的块状γ相提高了TiAl基金属间化合物的室温塑性和屈服强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 TiAl 基金属间化合物成分设计
• 1.2.1 Al 含量控制
• 1.2.2 β稳定元素的作用
• 1.3 高铌TiAl 金属间化合物
• 1.3.1 铌对TiAl 基金属间化合物相关系的影响
• 1.3.2 Nb 对TiAl 基金属间化合物的强化机制
• 1.4 TiAl 基金属间化合物组织调控
• 1.5 TiAl 基金属间化合物热加工
• 1.6 TiAl 基金属间化合物组织细化
• 1.7 本研究工作的意义与内容
• 1.7.1 选题意义
• 1.7.2 主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 材料制备和铸态组织
• 2.1 引言
• 2.2 材料制备和分析测试方法
• 2.2.1 制备方法
• 2.2.2 分析测试方法
• 2.3 铸态组织
• 2.3.1 合金元素对铸态组织的影响
• 2.3.2 铸态组织细化
• 2.3.3 硼化物形貌
• 2.3.4 C 对初生β相形貌的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 热处理过程中的组织演变
• 3.1 引言
• 3.2 α+γ相区退火过程中的组织演变
• 3.3 显微硬度
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 等温锻造和力学性能
• 4.1 引言
• 4.2 试验和分析方法
• 4.3 等温锻造态组织
• 4.4 力学性能
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢