β凝固高Cr铸造TiAl基合金显微组织及力学性能研究

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1、上海交通大学博士学位论文β凝固高Cr铸造TiAl基合金显微组织及力学性能研究姓名：王勇申请学位级别：博士专业：材料学指导教师：王健农20050301相可以从p相中六个等同的晶面析出((110)，(110)，(101)，(101)．(ol1)，(011))．此外，由于B稳定元素的作用，能使部分凝固初期形成的D相保留到室温，这进一步抑制了a晶粒在高温区的长大。通过针对性地对D凝固高Cr合金化TiAI基合金的研究发现，这一合金突出的性能是在铸态就具有良好的超塑性性能。在850"0，l×104S．‘变形条件下，延伸率达到628％。与其他超塑性Ti触基合金相比具有优良的

2、超塑性变形指标，并且与以往获得超塑性TiAI基合金材料所必须的热机械加工工艺如挤压或锻造而言，大为简化。它具有良好超塑性的原因归结于两点：铸态组织细小均匀，为晶界滑动提供了前提条件：组织中大量的p相在变形过程产生有序无序转变和p叫相变来协调晶界滑动，使之能顺利进行。进一步通过对合金成分对高Cr铸造nAl基合金超塑性变形影响的研究发现，添加微量元素W(0．5％)，降低Cr含量(8％_6％)，提高趾含量(44％寸46％)，都会有损于超塑性变形能力，这是因为这样的成分改变都降低了合金中的p相含量，使晶粒尺寸变大。而对于6凝固高Cr铸造TiAI基合金的拉伸强度而言，铸

3、态材料的室温强度达到640MPa，高于传统铸造合金(<550MPa)，并且高温强度也有相应的提高。强度提高的原因主要源自两个方面：晶粒的细化；高合金化和多组元化带来的固溶强化。p凝固高Cr合金化TiAI基合金还可以通过热处理进一步强化，因为细晶铸态组织并不是最优化的组织结构，还未达到完全层片化。热处理优化研究发现，可通过一步热处理获得细晶(---50I-tm)全层状结构，与以前获得细晶全层状结构的多步热处理工艺相比，大为简化。组织的优化导致合金室温抗拉强度提高至710MPa，高温强度也有了相应的提高，达到了变形nAl基合金的水平，这对提高合金的性能，简化高强T

4、iAl基合金的制备和处理工艺具有重要的实际应用价值。关键词：TiAl基合金，合金化，凝固路线，组织细化，细晶超塑性，晶界滑动，热处理，力学性能II英文摘要ANINVESTIGATIoNONMICROSTRUCTUREANDMECHANICALPRoPERTIESoFHIGH—CrCASTT认IALLoYSOBTAJNEDBYpSOLIDIFICATIONABSTRACTAmongthematerialsbasedonintermetallics，TiAIalloysareattractiveandpotentialforhjghtemperatureappli

5、cationsinaerospaceandautomobileindustriesduetotheiroutstandingproperties，suchaslowdensity,highstrengthretentionathighservicetemperaturesandgoodoxidationandcreepresistances．Butthereisashortcomingforthisalloy：lowductilityatroomtemperatureresultinginpoorworkability．Thereforethenear-net

6、-formingtechniques，whichcallavoidmachiningtomaximumextent,alereceivingmuchattention．Amongthesetechniques，precisecastingandsuperplasticformingaletwoofthemostpromisingones．TiAIingotsobtainedbyfollowingthetraditionalo【solidificationgenerallyhadacoarsecolumnar-grainedmicrostructure．This

7、kindofmicrostructureresultedini11feriormechanicalpropertiesandthuswouldbedeleteriousforprecision—castparts．Furthermore，thecoarsecolumnar-grainedmicrostructurecailnotmeettherequirementsforfine-grainedsuperplasticity,andconsequentlyCannotbeappliedforsuperplasticforming．Tooptimizethemi

8、crostructureforthei