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快速凝固TiAl-Nb合金的显微组织及相转变

作　者: 陈双双
导　师: 刘志光
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 快速凝固 TiAl基合金显微组织退火硬度
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

γ-TiAl基合金由于低密度、高强度以及良好的高温强度和抗蠕变性,目前被认为是具有应用潜力的高温结构材料。但是在室温条件下表现出的低塑性和韧性,一直以来限制着它们的实际应用。本文首先采用真空钮扣炉制备了不同Nb含量的Ti-46Al-xNb-2Cr-0.3Y(x=2,4,6)母合金锭,接着利用快速凝固-熔体旋转法(Melt-Spinning)制备了同成分的合金薄带,研究合金元素Nb和快速凝固对合金组织和性能的影响。研究的目的是探索提高TiAl合金的室温塑性和高温性能的途径。利用金相电镜(OM)、扫描电镜(SEM)及电子探针(EPMA)对铸态合金的显微组织研究发现,合金呈现典型的枝晶组织,在枝晶间均匀地分布着白点状的Y2O3颗粒相以及网纹状的Al2Y化合物。对合金的XRD分析表明:随着Nb含量的增加合金中的α2-Ti3Al相含量减少,这是因为Nb的合金化降低了合金中Ti/Al的比例,促进了γ相的形核所致。由于α2-Ti3Al相含量的减少,显微硬度也随着Nb含量的增加而降低。利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对快速凝固合金薄带的显微组织进行了观察。发现快速凝固使合金的显微组织明显细化,成分更加均匀。基体主要由块状组织和层片组织构成,存在着大量的析出物、孪晶、位错等微观结构。相分析表明,合金仍然由γ-TiAl和α2-Ti3Al相构成,不过在快速凝固条件下合金中的α2-Ti3Al相含量明显增多。快速凝固合金经过退火处理后,发现层片组织不断地被γ晶粒吞食,造成层片的减少和消失。随着退火温度的提高,合金中的层片组织越来越少,在970℃退火处理以后,合金几乎全部由块状组织构成。对铸态、快速凝固态和热处理态合金的γ-TiAl及α2-Ti3Al相的晶格参数的研究发现,三种合金在快速凝固条件下γ和α2相晶格参数a、c都要比铸态条件的低。快速凝固合金薄带经过热处理后,γ相和α2-Ti3Al相的晶格参数表现出相似的规律,其中a减少,而c变大。理论表明,晶格参数的减小会对TiAl材料电子云状态及位错滑移特点产生影响,有利于提高TiAl合金的室温塑性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-24
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 TiAl合金研究现状  10-18
    1.2.1 TiAl基合金的发展及应用  10-12
    1.2.2 TiAl金属间化合物的室温脆性机制及改善途径  12-15
    1.2.3 TiAl金属间化合物抗蠕变性  15-16
    1.2.4 TiAl金属间化合物热稳定性  16-18
  1.3 快速凝固Ti合金研究现状  18-22
    1.3.1 快速凝固钛合金粉末  18-19
    1.3.2 快速凝固高温钛合金  19-20
    1.3.3 快速凝固Ti-Ni系形状记忆合金  20-22
  1.4 快速凝固钛铝合金研究现状  22-23
  1.5 本文的主要研究内容  23-24
第2章材料制备与实验方法  24-29
  2.1 快速凝固TiAl基合金材料制备  24-27
    2.1.1 材料的成分  24
    2.1.2 母合金锭的熔炼  24-25
    2.1.3 均匀化退火处理  25
    2.1.4 快速凝固材料的制备  25-27
  2.2 合金样品的测试与分析  27-29
    2.2.1 显微组织的观察  27
    2.2.2 相分析  27-28
    2.2.3 力学性能测试  28-29
第3章铌对铸态TiAl基合金显微组织及力学性能的影响  29-43
  3.1 引言  29
  3.2 铌对铸态TiAl基合金显微组织的影响  29-32
  3.3 铸态TiAl 基合金相组成  32-34
  3.4 铸态TiAl基合金力学性能测试  34-36
    3.4.1 室温压缩实验  34-35
    3.4.2 显微硬度测试  35-36
  3.5 均匀化退火处理对TiAl基合金铸锭的影响  36-41
    3.5.1 均匀化退火处理对TiAl基合金显微组织的影响  36-37
    3.5.2 均匀化退火处理后对合金相组成的影响  37-40
    3.5.3 均匀化退火处理后对TiAl合金硬度的影响  40-41
  3.6 本章小结  41-43
第4章快速凝固 TiAl 基合金薄带的显微组织及相转变  43-69
  4.1 引言  43-44
  4.2 TiAl基合金薄带的形状尺寸  44-45
  4.3 TiAl基合金薄带的显微组织形貌  45-51
    4.3.1 TiAl基合金薄带的表面组织形貌  45-48
    4.3.2 TiAl基合金薄带的显微组织形貌  48-51
  4.4 快速凝固合金薄带的相组成  51-53
  4.5 TiAl合金薄带的显微硬度  53-55
  4.6 快速凝固合金薄带的在加热过程中的组织演变规律  55-65
    4.6.1 退火温度的确定  55-57
    4.6.2 退火后合金的XRD分析  57-59
    4.6.3 合金薄带在加热过程中的组织演变规律  59-65
  4.7 快速凝固对TiAl基合金薄带晶格参数的影响  65-68
  4.8 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-77
致谢  77

快速凝固TiAl-Nb合金的显微组织及相转变

内容摘要

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