钛铝基合金的高温力学性能研究

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1、硕士学位论文分类号：TB331单位代码：10190研究生学号：201303044密级：无硕士学位论文钛铝基合金的高温力学性能研究StudyonMechanicalPropertiesofTiAl-basedalloyatHighTemperature研究生姓名：邹阳专业：材料科学与工程指导教师姓名：陈华指导教师职称：教授2016年4月硕士学位论文硕士学位论文摘要钛铝基合金具有短程有序和长程无序的结构特征，从而使其兼具金属的塑性和陶瓷的高温强度，同时具有较低的密度、高温比强度、高温抗氧化性和耐腐蚀性能。与超合金和传统钛合金相比，它具有在高温条件下（800～900℃）

2、使用的巨大优势，被广泛地用于航空航天、船舶和汽车等领域。但室温延性低阻碍了钛铝基合金的发展和应用。粉末冶金在钛铝基合金的制备方面具有独特的优势，既能细化晶粒，也能减少偏析等铸造缺陷，同时配合高温成形工艺从而为解决钛铝基合金铸造质量差和室温难以成形等问题提供了一条新思路。本论文从细晶的角度出发，采用粉末冶金制备超细晶钛铝基合金，再通过高温力学性能测试，研究温度和应变速率对粉末冶金制备超细晶钛铝基合金组织和力学性能的影响。首先采用高能球磨制备Ti-45Al-5Nb(at.%)纳米级合金粉末，球磨速度为550r/min，球磨时间为50h。球磨后粉末进行真空热压烧结，烧结

3、温度为1200℃，压力为30MPa，保温保压1h。利用扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射仪对球磨粉末及烧结块体进行组织及相分析，利用高温电子万能试验机（DDL50型）和热模拟试验机(Gleeble1500)对钛铝基合金进行高温拉伸和高温压缩性能测试。拉伸测试温度范围为950℃～1100℃，应变速率为1×10-4s-1～5×10-5s-1。压缩测试温度范围为1100℃～1200℃，应变速率为1×10-2s-1～1×10-4s-1。研究分析结果如下：（1）Ti-45Al-5Nb(at.%)成分的混合粉末经25h、40h和50h的高能球磨，粉末颗粒度小于500nm，球磨时

4、间在5h～40h的范围内，粉末粒度由原始的50μm迅速细化到500nm以下，部分粉末已达到纳米级，细化效果明显且颗粒变得均匀，球磨50h的粉末出现了明显的团聚现象；且合金粉末在细化的同时有TiAl、Ti3Al5新相的形成，实现了机械合金化反应。（2）球磨25h、40h和50h的粉末烧结后的合金致密度分别为94.0%、96.4%和96.3%，经过40h球磨的粉末烧结合金组织较为均匀且细小，晶粒度在200nm左右；烧结组织均为TiAl和Ti3Al双相等轴晶组织，TiAl相组织晶粒小于500nm，Ti3Al相组织晶粒在100nm以内。（3）Ti-45Al-5Nb（at.

5、%）合金高温压缩时对变形温度和应变速率较为敏感，当温度一定时，流动应力随着应变速率的减小而降低，当应变速率一定时，流动应力-4-1随着温度的增加而降低。当温度为1200℃，应变速率为1×10s时，其峰值流动应力仅为30MPa；烧结组织经高温压缩后孔隙明显减少，并随着压缩温度的增高而降低，烧结组织的显微硬度为1024.47HV，而压缩后的硬度在1300HV以上，最大的硬度可达1435.5HV。（4）Ti-45Al-5Nb（at.%）合金在高温热压缩变形过程中，变形温度、峰值流变I硕士学位论文应力与应变速率间满足Arrhenius双曲正弦关系，表明其高温热变形是受热激

6、活控制的，在1100-1200℃/1×10-2s-1~1×10-4s-1热变形条件下，Ti-45Al-5Nb合金应变敏感系数m为0.55，高温变形激活能Q值为623.298kJ·mol-1，Ti-45Al-5Nb合金在上述变形条件下的本构方程为：.41.691.83esinh(0.019)exp(623298/RT)（5）Ti-45Al-5Nb(at.%)合金在高温拉伸实验中，当温度一定时，工程应力随着应变速率的减小而降低，当应变速率一定时，工程应力随着温度的增加而降低，孔隙率与温度和应变速率之间也存在类似的关系，高温和低应变速率可提高合金的塑性；当变

7、形温度为1000℃，应变速率为1×10-4s-1时，粉末球磨40h烧结的合金比25h表现出更高的塑性和抗拉强度，细化晶粒可提高钛铝基合金的塑性和强度；高温拉伸后的微观组织中存在明显的位错网，晶粒大小范围主要集中在100nm～1μm之间，部分α2-T3Al相的晶粒可达到细小的纳米级。关键词：TiAl基合金；高能球磨；真空热压烧结；高温压缩；高温拉伸II硕士学位论文AbstractTiAl-basedalloyischaracterizedwithshort-rangeorderandlong-rangedisorderedstructure,soithasbotht

8、hemet