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铸造γ-TiAl合金机加工与热暴露表面状态及力学性能研究

作　者: 刘红苹
导　师: 李增民；王新英
学　校: 河北科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铸造γ-TiAl合金 机加工 热暴露 表面状态 力学性能
分类号: TG136.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 100次
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内容摘要


γ-TiAl系金属间化合物由于具有密度低、强度高等特点以及高温力学性能和抗氧化性优异等特点，是一种理想的高温结构材料。本论文分析了名义成分为Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr（at.％）的铸造γ-TiAl合金经过不同机加工以及不同条件热暴露后合金的表面状态，并研究了表面状态对力学性能的影响。采用车削、粗磨和精磨三种机加工方法制备试样，分别研究试样表面状态，包括粗糙度、加工硬化及残余应力。研究发现，三种试样表面粗糙度依次降低，表面均存在残余压应力，其中轴向残余压应力依次增大，径向残余压应力变化不明显，试样表面均产生加工硬化现象。拉伸试验表明，三种试样的抗拉强度变化不明显，延伸率依次略有提高。所以，精磨有利于试样塑性的提高。研究了铸造γ-TiAl合金在高温热暴露后的表面状态，包括表面氧化层微观形貌、氧化层厚度、截面氧化层结构以及成分分布情况。根据实际工作温度，设计热暴露温度分别为700℃、750℃和800℃，热暴露时间分别为100h、200h和300h。研究发现，氧化层主要由TiO2和Al2O3组成，经700℃热暴露后，氧化层厚度为0.5～5μm，经750℃和800℃热暴露后，氧化层厚度在14～37μm之间。各种条件下氧化层元素分布趋势相似，从基体到外层依次为Ti3Al富裕层、Al2O3富裕层、TiO2富裕层和Al2O3+TiO2混合物层。拉伸试验表明，经不同时间热暴露后的试样平均抗拉强度分别为453MPa、439MPa和442MPa，平均延伸率分别为0.17％、0.18％和0.23％，抗拉强度和塑性均低于未经热暴露的试样。热暴露后试样在氧化亚层结合面上存在锯齿尖角，在外力作用下容易造成应力集中而导致裂纹产生，从而使合会的室温抗拉强度和塑性均降低。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 TiAl金属间化合物研究进展  10-13
    1.1.1 γ-TiAl合金显微组织与力学性能  10-12
    1.1.2 铸造TiAl合金的组织和性能  12-13
  1.2 TiAl合金机加工的研究现状  13
  1.3 TiAl合金高温氧化研究现状  13-14
  1.4 课题的提出、目的和意义  14-15
  1.5 课题研究的主要内容  15-16
第2章 试验方案及试验方法  16-22
  2.1 试验方案  16
  2.2 实验方法  16-20
    2.2.1 试验材料与制备  16-17
    2.2.2 组织观察试样的制备  17-18
    2.2.3 力学性能试样的制备及测试  18
    2.2.4 合金成分分析  18
    2.2.5 表面残余应力测量  18-19
    2.2.6 表面显微硬度测量  19-20
    2.2.7 表面微观形貌分析  20
    2.2.8 机加工试样的制备和试验流程  20
    2.2.9 试样热暴露处理方法  20
  2.3 本章小结  20-22
第3章 铸造γ-TiAl合金机加工表面状态的研究  22-34
  3.1 TiAl合金拉伸试样的机加工工艺  22-23
  3.2 试样表面粗糙度  23-26
  3.3 试样表面残余应力  26-29
    3.3.1 试样表面残余应力的测量  26-28
    3.3.2 表面残余应力的产生与分析  28-29
  3.4 试样表面加工硬化  29-33
    3.4.1 显微硬度测量原理  30
    3.4.2 试样显微硬度测量  30-32
    3.4.3 试样表面的加工硬化程度  32
    3.4.4 表面硬化的产生与分析  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章 铸造γ-TiAl合金热暴露氧化表面的研究  34-51
  4.1 热暴露试样的氧化表面形貌  34-41
    4.1.1 在700℃热暴露的氧化表面形貌  36-37
    4.1.2 在750℃热暴露的氧化表面形貌  37-39
    4.1.3 在800℃热暴露的氧化表面形貌  39-41
  4.2 热暴露试样的截面氧化层形貌  41-47
    4.2.1 试样的氧化层厚度  41-43
    4.2.2 截面氧化层的显微形貌与成分分析  43-47
  4.3 热暴露氧化过程分析  47-48
  4.4 氧化热力学分析  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 表面状态对铸造γ-TiAl合金力学性能的影响  51-59
  5.1 铸造γ-TiAl合金组织观察  51-52
  5.2 机加工表面状态对力学性能的影响  52-55
  5.3 热暴露表面状态对力学性能的影响  55-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间所发表的论文  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 合金学与各种性质合金 > 特种工艺性质合金 > 铸造合金
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