稀土元素La对粉末冶金TiAl合金组织和性能影响的研究

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1、国内图书分类号：TB31密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文稀土元素La对粉末冶金TiAl合金组织和性能影响的研究年级二〇一五级姓名李阳申请学位级别工程硕士专业材料工程指导老师孙红亮副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TB31U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisEffectofrareearthelementLaonmicrostructureandmechanicalpropertiesofTiAl-basedalloys

2、manufacturedbypowdermetallurgyGrade:2015Candidate:LiYangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsScienceSupervisor:SunHongliangMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要TiAl基合金密度低，具有较高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可保持足够高的强度和刚度，同时具有良好的抗蠕变及抗氧化能力，这些优点使其成为航空用发动机及汽车耐热结构件最具

3、竞争力的材料。采用粉末冶金法制备TiAl基合金不仅组织均匀而且可有效避缩松、缩孔以及成分偏析等铸造缺陷。一直以来，稀土元素都被当作黑色和有色金属的强化剂，它的加入不仅可以细化晶粒，还可以净化基体从而提高材料的力学强度。本文利用合金Ti48Al2Cr2Nb粉末、稀土La粉末，通过热等静成功烧结制备了不同含La量的Ti48Al2Cr2Nb-xLa(x=0,0.1,0.3,0.5,0.7,1.5)(at.%)合金,并系统分析了La含量对合金的显微组织及各项力学性能（硬度、压缩、三点弯曲、拉伸、断裂韧性)的影响。研究发现Ti48

4、Al2Cr2Nb-xLa合金可以在1150℃，4h下通过热等静压烧结成功，其组织主要由等轴γ相以及分布在晶界少量细小α2相组成的等轴近γ组织，富La的第二相主要存在于原始合金颗粒的周围。经过1420℃，保温时间2h后，合金组织转变为α2+γ全片层组织。元素La加入后可以有效的控制合金的晶粒度，但La含量达到0.3at%后，其细化晶粒的作用不明显。当La添加量很少（小于0.3at%）时，富La第二相以细小弥散的形式存在于合金的晶界和晶团片层内部。当La添加量超过0.5at%时，富La第二相以网状和大块状存在于晶团边界，且在

5、其周围存在一些孔洞。通过XRD以及EDS分析，得出了富La的第二相主要由LaAlO3以及少量La2O3构成。La的掺杂首先会夺取合金内的O，不仅净化了基体，而且形成的LaAlO3以及La2O3相还可以起细化晶粒和弥散强化作用，使得合金的抗压强度，三点弯曲强度、拉伸强度得到了一定的提升，且在La添加量为0.3at%时提升效果最明显。但是过量的加入La会由于网状分布和大块状的富La第二相存在，导致性能下降。适量La的添加虽然给合金带来强度上的提高，但也给某些性能带来损害。比如：随着La含量的增加，合金的硬度和韧性下降。关键词

6、：热等静压烧结；La掺杂；显微组织；力学性能；TiAl合金西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractTiAI-basedalloyshadlowdensity,highspecificstrengthandspecificelasticmodulus,andcouldmaintainsufficientlyhighstrengthandstiffnessathightemperatures,whilehavinggoodresistancetocreepandoxidation.Theseadvantages

7、madeitthemostcompetitivematerialforaerospaceengineandautomotiveheat-resistantstructuralparts.TheTiAl-basedalloypreparedbythepowdermetallurgymethodnotonlyhadauniformstructurebutalsocouldeffectivelyavoidthecastingdefectssuchaslooseness,shrinkagepores,andcomponentse

8、gregation.Rare-earthelementshadlongbeenconsideredasreinforcingagentsforblackandnon-ferrousmetals,anditsadditionnotonlyrefinedthegrains,butalsopurifiedthematrix