tialnb三元系中的合金组织对性能的影响

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1、大连理丁太学博．卜学位沦文摘要本文参考了大量Ti—A卜Nb系各个温度下的三元相图，以及合金元素对二元Ti—A1相图的影响等文献，在Ti、A1等原子比的基础上，调整Nb的量设计并制备了一系列Ti—A卜Nb三元合金。合金设计的目的是为了获得不同相组成的合金。采用示差热分析方法、x射线衍射分析、电子探针背散射电子成分像及微区成分分析、透射电镜明场像及选区电子衍射以及光学显微组织分析等多种手段确定了在不同温度下实验材料的显微组织形貌及相组成。所有实验样品在实验前都经过1473K，5小时的均匀化处理。首先，我们选择了不同含Nb量的具有不同相组成

2、的四种Ti—A卜№三元合金，它们的名誉化学成分分别为：Ti-47．5AI-5Nb、Ti-42．85AI-14．3Nb、Ti一40Af一20Nb和ri一35AI一30Nb(at％)；它们的相组成分别为：7-Tihl、7-TiAl+m：一Ti。Al和y-TiAl+∞-Ti4l+Nb飙l。对这四种合金进行1273K，100小时的断续氧化实验。研究结果表明，我们所研究的四种T卜A卜Nb三元合金的高温抗氧化性能都比同样实验条件下的二元Ti-AI合金抗氧化性能好很多，这四种Ti-AI-Nb三元合金在1273K，100小时的断续氧化增重量都小于8m

3、g／ern2，特别是成分为T卜42．85AI一14．3Nb的双相合金其氧化增重量仅为2．5mg／cm2，而二元Ti—Al合金的氧化增重量达到69mg／cm2。二元Ti—A1合金在1073K，100小时的断续氧化增重量与我们所研究的四种Ti—A1-Nb三元合金在1273K，100小时的断续氧化增重量在一个水平上为1．3m#cm2：在这四种Ti—A1_Nb三元合金中，相组成为Y—TiAl+0c。一Ti。Al的双相合金抗氧化性能最好，分析其原因，一方面是由于两相中固溶了大量的Nb(分别达到13+3at％和19。4at％)，另一方面是由于a。

4、-Ti：，A1的存在使得其主要相rTiAl的含A1量相对提高，富A1的7-TiAI相有利于A1。0的生成及稳定生长。成分为Ti-47．5AI一5Nb的单相Y—TiAI台金由于其含Nb量较少，Nb没有充分起到抑制TiO。的生长及促进Al：O：，生成的作用，虽然其比二元Ti-A1合金抗氧化性能要好许多，但仍然没有生成具有保护作用的连续的Al。砚保护膜。同样当含Nb量超过20at％时(如Ti-40A1—20Nb和Ti-35AI一30Nb合金)由于氧化生成的Nb。Os是一个结构疏松且与基体结合力非常差的氧化膜，在氧化过程中极容易从基体上剥落下

5、来，使其抗氧化性能下降。在上述抗氧化性能的研究基础上，选择相组成为单相y—TiAl、双相y—TiAI+魄一Ti。A1和三相v—TiAI+m-Ti擅l+Nb2Al，成分分别为Ti一47．5AI一5Nb、Ti一42．85AI一14．3Nb和Ti一4OAI-20Nb三$十Ti-AI-Nb三元合金，进行从室温至1373K的压缩性能实验及室温和1173K的拉伸性能实验。实验结果表明，Ti-AI—Nb=元单}目?-TiAl合金在低温一侧同二元?-TIM合金具有同样的屈服强度450MPa，该强度一致保持到1200K左右，但是在高温一侧的屈服强度要远

6、远高于二元Y—TiAl、InconelTl5以及Ti一48A1—2Cr一2Nb等合金，这是因为Y相中固溶了比较多的Nb所造成的。从室温到1373K温度区域内．双相合金和三相合金的屈服强度都比单相合金的高很多，室温屈服强度分别在1150MPa和950MPa，随着温度的上升，屈服强度略呈下降，从1000K开始，屈服强度随着温度的上升下骅的幅度加大。在1200K时，双相合金和三相合金的屈服强度仍然保持在600MPa左右，这说明多相组织强化机制对提高Ti—Al合金的高温性能是非常有效的。拉伸性能的实验结果表明，室温下双相合金的塑性变形能力好于

7、另外两种合金，这主要是因为a：相的存在降低了合金平均晶粒尺寸，并且由v和a：两相构成的层片组织结构以及大量的7／a：相界面有利于塑性变形。温度升高可以显著改善双相合金的塑性变形能大连理工大学博士学位论义力，双相合金在1173K时的拉伸延展性达到40．4％。而另外两种台金的延展性在1173K下并没有得到提高。双相合金的断裂方式从室温时的脆性断裂向l173K时的韧性断裂方式转变，而单相台金和三相合金不论在室温还是1173K，都显示出穿晶脆性断裂方式。三相合金中的NbzAl相降低了(Y+仪。)两相层片组织的连续程度，脆性相Nb：A1的韧脆转

8、变温度为1443K，因此三相合金在室温和1173K下都很脆。总之，通过以上的高温抗氧化性能及力学性能实验结果表明，成分为Ti-42．85AI一14．3Nb的双相合金具有较好的高温抗氧化性能及一定的室温和高温综合机械性能，