TiAl合金片层组织形成机理及摩擦磨损性能研究

论文摘要

本文选用浸渗-反应合成方法制备的Ti-50Al合金,通过OM、SEM及TEM等手段,系统地研究了热处理过程中的升温速率、保温温度、保温时间及冷却方式等重要因素对该合金组织和性能的影响,并提出一种简单高效的热处理工艺使Ti-50Al合金组织获得细小均匀的全片层组织,同时对片层组织形成机理进行了分析。此外,本文还研究了不同载荷和滑动速度下Ti-50Al合金的摩擦磨损特性和机理。研究结果表明,Ti-50Al合金组织致密,没有较大孔洞和缺陷,材料成分均匀,几乎没有偏聚现象发生。热处理工艺研究表明:Ti-50Al合金在1400℃以上短时间保温缓慢冷却即可形成晶粒大小为150μm左右的片层组织,而利用快速升温双温热处理工艺则可以将其细化至30μm左右,实验时最佳的热处理工艺为:（快速升温）1250℃×3h空冷+（快速升温）1400℃×5min炉冷。Ti-50Al合金的片层组织由单个α2片和多个γ片组成,γ相在（ ）αα2相上析出,通过切变机制形成6种不同位相,构成真孪晶、伪孪晶、有序筹等界面特征,随后γ相长大形成较大片层。此外,γ相也在α2γ和γγ界面处析出,形成细小的片层。摩擦磨损试验结果表明:当滑动速度在1.0m/s以下时,具有片层组织的Ti-50Al合金的摩擦系数保持在0.5左右不变,磨损量随载荷和滑动速度的增大而增大,磨损机制主要为磨粒磨损;而当滑动速度大于1.5m/s时,其摩擦系数升高,磨损量急剧下降,磨损机制发生变化,以对磨盘的氧化磨损和粘着磨损为主。与铸态合金相比,具有片层组织的Ti-50Al合金具有较好的耐磨性,且在低速时具有较好的摩擦稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基本特征
• 1.2.1 TiAl合金的晶体结构及性能概况
• 1.2.2 TiAl合金相图及其显微组织
• 1.3 TiAl合金的制备方法
• 1.3.1 铸锭冶金技术
• 1.3.2 粉末冶金技术
• 1.3.3 精密铸造技术
• 1.3.4 超塑形成型技术
• 1.4 TiAl合金组织与性能的影响因素
• 1.4.1 TiAl合金组织-性能的关系
• 1.4.2 常用的热处理工艺
• 1.5 TiAl合金的研究进展及应用实例
• 1.5.1 TiAl合金的研究进展
• 1.5.2 应用实例
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 材料与试验方法
• 2.1 材料的制备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 热处理工艺
• 2.2.2 摩擦磨损试验
• 2.2.3 显微组织观察
• 2.2.4 XRD相分析
• 第3章 Ti-50Al合金片层组织形成机理
• 3.1 引言
• 3.2 片层组织形成的热处理工艺
• 3.2.1 加热温度的影响
• 3.2.2 保温时间和冷却方式的影响
• 3.3 片层组织的形成机制
• 3.3.1 片层组织特征及取向关系
• 3.3.2 片层组织中的孪晶
• 3.3.3 片层组织的生长机制
• 3.4 本章小结
• 第4章 Ti-50Al片层组织细化的热处理工艺
• 4.1 引言
• 4.2 双温热处理工艺选择
• 4.3 热处理工艺参数优化
• 4.3.1 保温时间的影响
• 4.3.2 升温速度的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 Ti-50Al合金的摩擦磨损性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 Ti-50Al合金铸态组织的摩擦磨损性能
• 5.2.1 载荷的影响
• 5.2.2 速度的影响
• 5.3 Ti-50Al合金片层组织的摩擦磨损性能
• 5.3.1 载荷的影响
• 5.3.2 速度的影响
• 5.4 不同组织对Ti-50Al合金磨擦磨损性能的影响
• 5.4.1 摩擦性能的比较
• 5.4.2 磨损性能的比较
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢