学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

高梯度定向凝固共晶高温合金的组织与性能

作　者: 于金江
导　师: 傅恒志
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 自生复合材料凝固界面形态定向生长 TaC纤维间距 TaC纤维体积分数断裂机制
分类号: TG135.32
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
下　载: 906次
引　用: 10次
阅　读: 论文下载

内容摘要

本文采用LMC和电子束区熔两种高温度梯度定向凝固装置，研究合金成分及工艺参数对初生相析出行为的影响，优化了自生复合材料的制备工艺。在此基础上开展了以Ni-TaC系共晶合金为代表的定向高温共晶复合材料的研究，借助金相技术、电镜技术、图象处理技术等多种分析测试手段，考察试样的界面形态、组织特征以及共晶共生范围等多方面的凝固特性，建立了凝固过程控制与凝固组织的对应关系。探讨了自生复合材料凝固组织对力学性能的影响以及室温和高温复合材料的断裂机制。本工作发现，温度梯度在一定程度上能够抑制初生相析出，较低的凝固速率对抑制初生相的析出有利。在LMC高温度梯度定向凝固条件下，凝固速率在7.14μm/s范围内，偏离共晶成分2.9wt.％Ni-Nb亚共晶合金都可制备出片层状共晶自生复合材料。生长速率平方根的倒数与共晶片层间距具有线性对应关系，该系统有λ²R=83.14μm³/s关系式。 EBFZM的Ni-Nb近共晶合金在电子枪移动速率为1.67μm/s时，稳态生长阶段可以生长出片层非共晶成分的复合材料，但随着电子枪移动速率的增加，初生相析出，共晶相（Ni（Nb）-Ni₃Nb）由定向到失稳再到发散。 Ni-TaC复合材料中TaC纤维间距与凝固速率的函数关系为λ=8.635R^-0.5078，TaC纤维横向面积与凝固速率的函数关系为S=-0.8152R+6.01，TaC纤维体积分数可以在一定范围内随凝固速率而改变。Ni-TaC16复合材料中TaC纤维间距和凝固速率的函数关系为λ=13.18R^-0.4972，横向面积与凝固速率的函数关系为S=-0.6597R+5.14，TaC纤维体积分数在一定范围内随凝固速率变化。 Ni-TaC系复合材料中TaC和基体相的界面结构一般为规则的折线状。同时，还发现了不规则的折线界面形貌、波浪线形界面形貌和鱼骨状界面形貌。纤维状的共晶TaC以金字塔方式定向生长，形成规则排列的TaC纤维。共晶TaC横向截面的多样性主要与共晶TaC横向边缘不稳定性和生长速率的各向异性有关。 Ni-TaC16共晶自生复合材料室温拉伸性能，随着纤维体积分数的增加和纤维间距与尺寸的减小而提高。复合材料常温和高温的拉伸断裂模式与基体相的形变强化特性有关。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
插图和附表清单  8-11
第一章绪论  11-15
  1．1 选题背景  11-12
  1．2 选题意义  12
  1．3 研究目的  12
  1．4 研究路线  12-15
第二章基本原理与文献评述  15-38
  2．1 定向凝固技术的发展  15-18
    2．1．1 凝固技术  15
    2．1．2 定向凝固的种类及特点  15-18
    2．1．3 提高温度梯度的途径  18
  2．2 高温共晶复合材料的发展历程  18-26
    2．2．1 高温材料在现代工业中的重要作用  18-20
    2．2．2 定向凝固共晶复合材料  20-24
    2．2．3 定向凝固非共晶成分复合材料  24-25
    2．2．4 高温共晶复合材料的研究热点  25-26
  2．3 非规则共晶生长理论  26-32
    2．3．1 非规则共晶  26
    2．3．2 Jackson/Hunt模型  26-29
    2.3.3 Sato/Sayame 模型  29-30
    2．3．4 非规则共晶生长的其他模型  30-32
    2．3．5 共晶生长的稳定性  32
  2．4 共晶复合材料发展中存在的问题  32-38
第三章研究内容及实验方法  38-43
  3．1 实验材料  38-39
  3．2 定向凝固设备  39-40
  3．3 试样的制备  40-41
    3．3．1 DTA分析  40-41
    3．3．2 电子束定向凝固试样的制备  41
    3．3．3 LMC定向凝固试样的制备  41
  3．4 组织分析与定量测量  41-42
  3．5 力学性能测试  42-43
    3．5．1 实验方法  42
    3．5．2 试验参数的选定  42
    3．5．3 断口形貌观察  42-43
第四章初生相的析出行为及非共晶成分复合材料  43-56
  4．1 引言  43
  4．2 初生相生长特性  43-47
    4．2．1 Ni-Nb亚共晶合金初生相的生长  43-45
    4．2．2 初生相片层宽度和二次枝晶间距  45-47
    4．2．3 初生相对共晶结构的影响  47
  4．3 初生相析出的影响因素  47-50
    4．3．1 合金成分对初生相析出量的影响  47-49
    4．3．2 正温度梯度对初生相析出量的影响  49
    4．3．3 抽拉速度对初生相体积分数的影响  49-50
  4．4 非共晶成分的复合材料  50-56
    4．4．1 非共晶成分复合材料  50-51
    4．4．2 凝固界面形态演变  51-53
    4．4．3 自生复合材料结构  53-56
第五章近共晶合金的EBFZM凝固组织特征  56-67
  5．1 引言  56
  5．2 电子束熔区平均温度梯度及稳定性  56-59
    5．2．1 熔区平均温度梯度  56-58
    5．2．2 熔区稳定性  58-59
  5．3 NI-TAC合金的相组成及取向性分析  59-61
    5．3．1 原始试样的相组成  59-60
    5．3．2 电子束定向试样各相的取向性  60-61
  5．4 近共晶Ni-TaC电子束凝固行为  61-63
  5．5 NI-NB近共晶合金EBFZM凝固行为  63-66
    5．5．1 EBFZM定向凝固行为  63-64
    5．5．2 EBFZM组织演化  64-66
  5．6 本章小结  66-67
第六章共晶自生复合材料固液界面与凝固组织的演变  67-88
  6．1 引言  67-68
  6．2 Ni,Cr-TaC复合材料固液界面及共晶形貌演化  68-70
    6．2．1 固液界面的演化  68-69
    6．2．2 共晶形貌演化  69-70
  6．3 Ni-TaC16复合材料固液界面及共晶形貌演化  70-75
    6．3．1 固液界面形貌演变  70-72
    6．3．2 共晶形貌演化  72-75
  6．4 TaC纤维间距、横向面积和纤维体积分数  75-78
    6．4．1 TaC平均纤维间距和平均横向面积  75-77
    6．4．2 TaC纤维体积分数  77-78
  6．5 固液界面前沿Ta溶质的再分配  78-79
  6．6 高梯度定向凝固非规则共晶模型  79-86
  6．7 本章小结  86-88
第七章复合材料共晶TaC生长机制及微观组织结构  88-108
  7．1 引言  88
  7．2 定向凝固过程中的TaC生长形貌及机制  88-96
    7．2．1 复合材料组织中的共晶TaC生长形态  88-91
    7．2．2 TaC平衡生长形貌  91-92
    7．2．3 共晶TaC的生长机制  92-94
    7．2．4 棒状状共晶TaC的横向形貌多样性  94-96
  7．3 Ni-TaC16复合材料中γ'相的演化  96-100
  7．4 复合材料X射线衍射图谱及位相规律  100-103
    7．4．1 X射线衍射图谱  100-102
    7．4．2 复合材料中的位相关系  102-103
  7．5 TaC与基体间的界面形貌  103-106
  7．6 本章小节  106-108
第八章共晶自生复合材料的力学性能  108-123
  8．1 引言  108
  8．2 共晶复合材料的常温力学性能  108-114
    8．2．1 应力-应变曲线分析  108-110
    8．2．2 常温力学性能  110-111
    8．2．3 常温拉伸变形组织及断口形貌  111-114
  8．3 高温拉伸性能  114-118
    8．3．1 拉伸实验及结果  114
    8．3．2 应力-应变曲线分析  114-115
    8．3．3 断口形貌及变形组织  115-118
  8．4 复合材料的断裂机制  118-121
  8．5 本章小节  121-123
第九章结论  123-125
符号表  125-127
攻读博士学位期间发表的论文  127-128
致谢  128

高梯度定向凝固共晶高温合金的组织与性能

内容摘要

全文目录

相似论文