改善TiAl合金室溫脆性的合金設(shè)計方法及實驗研究.pdf

1、TiAl合金由于具有高比強(qiáng)度、密度低和比模量、低的蠕變速率和優(yōu)異的高溫抗氧化能力，使其具有替代鎳基高溫合金的潛力。然而，TiAl合金嚴(yán)重的室溫脆性限制了其廣泛應(yīng)用，所以改善TiAl合金的室溫脆性一直是研究的熱點(diǎn)。據(jù)報道，納米相和合金元素可在同時提高強(qiáng)度和塑/韌性方面發(fā)揮積極作用。因此，本實驗采用納米TiB2作為增強(qiáng)相，研究其對TiAl合金室溫力學(xué)性能和微觀組織的影響。同時也設(shè)計了兩種合金體系，采用真空電弧熔煉的方法，進(jìn)行制備，并結(jié)合熱處

2、理的方法，改善合金的力學(xué)性能，研究合金元素對TiAl的影響。
　?。?）實驗方法采用行星球磨機(jī)混粉，SPS燒結(jié)制備了Ti-46Al(at.％)-x（x=0、0.5、1.0、1.5）vol.%TiB2，并測試了室溫壓縮性能。結(jié)果表明，當(dāng)納米TiB2含量為0.5vol.%時，TiAl復(fù)合材料力學(xué)性能的提高相對較為顯著，與Ti-46Al合金相比提高了71.2%和37.5%，分析認(rèn)為納米TiB2對TiAl有著晶粒細(xì)化的作用，但隨著納米Ti

3、B2的增加，納米TiB2的團(tuán)聚也越發(fā)嚴(yán)重，并且納米TiB2主要集中在晶界處，可能對基體產(chǎn)生了割裂作用，反而降低了力學(xué)性能。
　?。?）試驗研究了在鑄態(tài)條件下Mn、Nb、V等合金元素對TiAl組織和力學(xué)性能的影響。實驗結(jié)果表明，鑄態(tài)合金存在合金元素的偏析，同時由于Nb元素的存在，產(chǎn)生了B2相，由于元素的偏析和B2相的存在，以及鑄造過程中容易產(chǎn)生縮孔等缺陷，導(dǎo)致材料仍展現(xiàn)出很大的脆性。對兩種材料進(jìn)行XRD分析，組成相主要為TiAl、T

4、i3Al、B2相，同時還存在AlNb2、Al3Ti0.75Mn0.18V0.08。其中TiB2主要起細(xì)化鑄造組織的作用，并且在鑄造過程中，主要分布在晶粒內(nèi)部，但在熔煉的過程中部分TiB2存在重熔的現(xiàn)象。
　　（3）針對上述鑄態(tài)合金存在元素偏析，進(jìn)行了相應(yīng)的熱處理。熱處理的試驗研究了在Tγ-solvus的溫度區(qū)間內(nèi)不同溫度對TiAl合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。熱處理后的主要相為TiAl、Ti3Al、以及B2相，熱處理后并不能完全消