Nb-Ti-Al高溫合金的制備與研究.pdf

1、隨著航空航天技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新型飛行器飛行速度和距離的提高，人們對輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐熱材料提出了越來越高的要求。在已開發(fā)的眾多新型高溫結(jié)構(gòu)材料中，鈮基高溫合金以低密度及較高的承溫能力等優(yōu)良性能受到了越來越多的關(guān)注。鈮合金需要在保持自身強(qiáng)度較高和易于成型這些優(yōu)于先進(jìn)非金屬材料和復(fù)合材料性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高其綜合性能。
　　本課題設(shè)計(jì)并制備了一種輕質(zhì)高強(qiáng)的Nb-Ti-Al合金，并以此為基礎(chǔ)，借助光學(xué)顯微鏡(OPM)、X射線衍射(X

2、RD)，掃描電子顯微鏡(SEM)，電子能譜儀(EDS)及電子探針(EPMA)等手段，研究了合金各個(gè)狀態(tài)的組織;描述了合金再結(jié)晶行為和晶粒長大行為;建立了合金的高溫穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力模型;分析了合金的氧化行為。得出以下結(jié)論:
　　(1)Nb-Ti-Al合金為體心立方結(jié)構(gòu)的β單相合金，室溫塑性較好，變形和退火過程中出現(xiàn)纖維組織和退火孿晶，合金冷軋態(tài)室溫強(qiáng)度較高，塑性較低，再結(jié)晶退火后強(qiáng)度降低，塑性增加，斷口組織主要為韌窩。
　　(2)

3、Nb-Ti-Al合金靜態(tài)再結(jié)晶晶粒體積分?jǐn)?shù)與保溫時(shí)間的關(guān)系可用Avrami方程進(jìn)行描述，結(jié)合實(shí)驗(yàn)計(jì)算，得出當(dāng)合金變形量為40％，50％，60％和70％時(shí)，再結(jié)晶激活能分別為274.05kJ/mol，246.21kJ/mol，230.55kJ/mol和198.45kJ/mol，隨著變形率的增加，再結(jié)晶激活能逐漸減小。
　　(3)引入等溫條件下的晶粒長大模型，通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，得出Nb-Ti-Al高溫合金的晶粒長大方程。隨著溫度的升高和

4、保溫時(shí)間的增加，晶粒的尺寸顯著增加。
　　(4)研究了Nb-Ti-Al合金的高溫壓縮變形。在應(yīng)變速率為0.01～10s-1、變形溫度800℃～950℃的變形條件下，合金的高溫變形行為強(qiáng)烈地受變形溫度和應(yīng)變速率的影響。當(dāng)變形溫度一定時(shí)，流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增大而增大，而在恒應(yīng)變速率條件下，真應(yīng)力水平隨溫度的升高而降低。
　　(5)利用Zener-Hollomon參數(shù)建立了Nb-Ti-Al合金的雙曲正弦流動(dòng)應(yīng)力本構(gòu)方程模型，獲得

5、了相應(yīng)的熱變形激活能和材料參數(shù)。Nb-Ti-Al合金的熱變形激活能值為437.05kJ.mol-1。
　　(6)研究了Nb-Ti-Al合金的高溫氧化行為。Nb-Ti-Al合金的氧化層分為3層，外層為灰黃色的疏松氧化物，組成為TiNb2O7、TiO2、Al2O3和Nb2O5，中層為致密的黑色氧化物，組成為NbO、Al2O3、Al-Ti-O2和Nb2O5，內(nèi)層發(fā)生了選擇性氧化，氧化物組成為Al2O3、TiO和Ti2O，未發(fā)現(xiàn)Nb的氧化