多元微合金化定向凝固Ti-Al合金高溫變形與斷裂行為.pdf

1、本文采用定向凝固方法制備了Cr、Mo、Mn、Sc復(fù)合微合金化的Ti-Al-Nb合金，系統(tǒng)研究了合金的微結(jié)構(gòu)、室溫/高溫靜態(tài)拉伸力學(xué)行為與高溫蠕變變形/斷裂特性。研究表明：
　　 (1)高Al含量的Ti-45Al-3Nb和Ti-45°Al-3Nb-0.5Sc合金呈全片層狀組織，其片層取向與生長方向成45°；Ti-45Al-3Nb-2Cr-1Mn-0.5Sc和Ti-45Al-3Nb-2Mo-2Cr-1Mn-0.5Sc為雙態(tài)結(jié)構(gòu)，其中

2、前者片層與抽拉方向大體平行，而Mo的加入，促進(jìn)合金中大量長條狀與葉脈狀B2相的生成，致使片層無明顯取向。Al含量較低時，所制備的兩種Ti-Ti3Al-Nb合金均呈網(wǎng)籃狀組織，但Ti-16Al-12Nb-3Cr-1Mo中的片層方向較Ti-16-12Nb的更傾向于與抽拉方向平行。
　　 (2)復(fù)合合金化可顯著提高Ti-Al-Nb合金的強(qiáng)度、塑性與斷裂韌性。然而，加入β相穩(wěn)定化元素后所產(chǎn)生的大量B2相，在一定程度上降低了材料的抗高溫蠕

3、變能力。
　　 (3)Ti-45Al合金在經(jīng)過1350℃4個小時熱處理后，合金強(qiáng)度增強(qiáng)，塑性降低，蠕變抗力增強(qiáng)。
　　 (4)合金成分顯著影響材料的高溫蠕變行為，具體表現(xiàn)為：a.Ti-45Al-3Nb-0.5Sc合金在800℃下的蠕變應(yīng)力指數(shù)為4.5。Ti-45Al-3Nb-2Cr-2Mn-0.5Sc合金在850℃和900℃下的應(yīng)力指數(shù)分別為5.3和6.4。Ti-45Al-3Nb-2Mo-2Cr-2Mn-0.5Sc在85

4、0℃和900℃下的應(yīng)力指數(shù)分別為5.4和5.8，然而在800℃下，隨著應(yīng)力的增加應(yīng)力指數(shù)分為兩個區(qū)域，在低應(yīng)力區(qū)2.5，高應(yīng)力區(qū)5.7。Ti-45Al-3Nb-2Cr-2Mn-0.5Sc合金的真實(shí)蠕變激活能是318kJ/mol，其值接近于多元TiAl的自擴(kuò)散激活能，然而Ti-45Al-3Nb-2Mo-2Cr-2Mn-0.5Sc合金的真實(shí)蠕變激活能為486 kJ/mol。TEM照片顯示在片層中的普通位錯控制著組織變形，同時在蠕變過后觀察到

5、變形孿晶，割階和大量的第二相析出顆粒。微量Sc以小片層狀Ti3(Al，Sc)化合物的形式存在于γ/α2相邊界和γ相中，起到釘扎的作用并且阻礙位錯的滑動。蠕變變形是由位錯滑移/攀移控制的。b.Ti-Ti3Al-Nb兩種合金在600℃和650℃下，隨著應(yīng)力的增加，應(yīng)力指數(shù)出現(xiàn)了兩個區(qū)域：低應(yīng)力區(qū)應(yīng)力指數(shù)值為3.5-5.3，高應(yīng)力區(qū)為8.3-12.3，這表明蠕變機(jī)制也發(fā)生了轉(zhuǎn)變。在700℃下沒有發(fā)現(xiàn)應(yīng)力指數(shù)轉(zhuǎn)變，隨著應(yīng)力的增大(100-350

6、MPa)只出現(xiàn)了一個應(yīng)力指數(shù)區(qū)域，值為5.3-6.0。蠕變的真實(shí)蠕變激活能為303-324 kJ/mol，非常接近α2-Ti3Al的蠕變激活能(288-312kJ/mol)。合金的最初組織形態(tài)是不穩(wěn)定的，經(jīng)過長期的蠕變以后，在高應(yīng)力和一定的高溫度下，發(fā)生了動態(tài)回復(fù)再結(jié)晶。蠕變變形的第一區(qū)域是位錯控制的蠕變機(jī)制，而在高應(yīng)力區(qū)第二區(qū)域，是由于整體晶粒尺寸減小造成的再結(jié)晶控制的蠕變機(jī)制。斷裂類型和總的伸長應(yīng)變依賴于材料的成分，測試溫度和應(yīng)力水