含硅tial基合金的应用基础研究

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1、摘要本论文对含硅TiAI基金属问化合物合金的材料成分、组织和制备以及快速高温气体渗氮工艺及机理进行了研究。系统测试和分析了该材料的高低温机械性能、高温抗蠕变性能以及高温抗氧化性能，为进一步开发含硅TiAl基合金提供理论基础。研究了硅含量在O．2at．％～3．0at．％范围的TiAI基合金显微组织结构，结果表明快速冷却条件下得到的含硅TiAI基合金的铸态组织是晶粒粗大的层片状的近单相Y组织，这是一种菲平衡态的组织，有利于通过后续热处理来进行组织调整；附含硅的铸态TiAI基合金通过后续热处理可以调整得到一系列不同的组织：研究还表明TiAl基合金中硅的含量

2、(原子百分比)超过0．6％后，组织中开始析出弥散的Tj5si3新相，同时晶粒尺寸明显得到细化。，}7、采用快速高温气体渗氮技术对含硅TiAl基合金进行渗氮，使渗氮层生长速度较一般渗氮法提高近4倍。这项技术区别于一般渗氮技术主要在于渗氮前的预处理以及渗氮前期采用NH4C1作为渗氮活化剂。TiAI基合金渗氮的全过程可总结为以下几个步骤：活性氮原子【N】的吸附、扩散以及固溶过程；在渗氮初期T1一Ti3N2．。和Ti2N的形成；铝的富集将最终导致富铝层以及不同富铝金属问化合物A12Ti、A15Ti2、A13Ti的形成；最后氮原子在扩散层达到饱和状态，从而形成

3、TiN。，≯----)，含硅的TiAI基合金的表面硬度随着渗氮温度的升高或渗氮时间延长呈显著上升的趋势。f快速渗氮的合金表面显微努氏(Knoop)硬度要远高于同样条件下一般渗氮法渗氮后试样的表面努氏硬度，在940"C，50h的渗氮条件下，从上、28珏kglrhm2提高到1630kg／mm2。渗氮的TiAI基合金抗磨损性能不同程度地优于未渗氮试样，并随着渗氮时间的延长以及渗氮温度的提高，其耐磨性得到提高。来渗氮试样边缘显示出在摩擦过程中撕裂等尉烈的塑性变形，然而渗氮试样的磨痕边缘却显示出逐渐磨损的过程，表明了渗层与基体良好的结合以及氮化层优异的耐磨性能

4、；因此采用快速高温气体渗氮工艺技术可以有效提高Ti_AI基合金的表面硬度和耐磨性能。上海薯：鱼大掌博士掌位饨’支拉伸试验研究表明：铸态含硅的TiAI基合金经1260℃／50h热处理后，得到细晶近层片状组织，从而使合金的抗拉强度和延伸率都高于退火态组织，特别是室温延性，说明热处理是改善TiAI基合金的力学性能十分有效的方法。TiAl基合金的表面渗氮处理对合金的拉伸力学性能基本没有影响；该合金的高温蠕变试验表明，适量硅元素可以提高TiAI基合金的蠕变强度，其中含0．6％Si的TiAI基合金始终表现出最好的抗蠕变性能。含硅的TiAI基合金在9000C时表现

5、出良好的高温抗氧化性能，在此温度下抗氧化性能随着硅的添加量的增加而逐步提高；然而在1000℃温度下，硅元素的添加对TiAl基合金的高温抗氧化性能则是有害的{硅提高TiAI基合金900℃高温抗氧化性能的作用机制主要是由于硅促进连续并且致密的A1203层在合金表面的形成；经渗氮处理后的TiAI基合金在800℃～1000℃的高温下的氧化试验表明，渗氮试样高温抗氧化性能不如未渗氮试样，特别是在高温氧化的初期阶段。并且随着渗氮温度的提高和渗氮时间的延长其抗氧化能力进一步降低。、．。一、～、关键词：贪硅TiAt基合金，气体渗氮，力学性能，氧化一—⋯一一±竺苎兰查

6、竺!竺竺兰竺查一一些里坠盟ABSTRACTThedissertationisanappliedbasicinvestigation．Inthiswork，thefollowingaspectsareincluded：alloydesignoftheTiAl·basedalloyswithsiliconaddition；high-temperaturegaseousnitridationtechnologyanditsmechanism；high·andlow-temperaturetensileproperties，creepresistance，w

7、earresistanceaswellastheirmechanisms；andoxidationbehaviorofthealloyswithdifferentsiliconadditionbeforeandafterthenitridationtreatment．TiAl一basedalloyswith0．2％～3．0％(at．％)siliconareinvestigated．Afterquenchingacoarselamellarnear—gammamicrostructureisformed，whichisnotinequilibriuma

8、ndUSefulforthepost．treatments．Differentmicrostructures