快速凝固TiAl基合金的组织及性能研究

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1、硕士学位论文快速凝固TiAl基合金的组织及性能研究MICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFRAPIDLYSOLIDIFIEDTiAlBASEDALLOYS陈晓宇哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG113学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文快速凝固TiAl基合金的组织及性能研究硕士研究生：陈晓宇导师：傅恒志院士副导师：陈瑞润教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG113U.D.C:621.7D

2、issertationfortheMasterDegreeinEngineeringMICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFRAPIDLYSOLIDIFIEDTiAlBASEDALLOYSCandidate：ChenXiaoyuSupervisor：NA.FuHengzhiViceSupervisor:Prof.ChenRuirunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterial

3、sScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要采用快速凝固旋铸法制备了二元合金Ti-44Al、Ti-48Al和高Nb-TiAl基合金Ti44Al6Nb1.0Cr、Ti44Al6Nb1.0Cr2.0V的合金薄带，研究了传统铸态和不同冷却速率下快速凝固TiAl基合金合金的相组成、显微组织及力学性能变化，研究了同一冷却速率下Al含量对二元合金显微组织的影响；研究了合金元素Nb、Cr、V对快

4、速凝固合金的显微组织和力学性能的影响机理。主要得到以下研究结果。二元合金Ti-44Al、Ti-48Al在传统铸态和快速凝固下都是由γ相和α2相组成，但快速凝固α2相含量较铸态合金提高。铸态二元合金Ti-44Al、Ti-48Al室温平衡组织主要是片层组织，晶粒尺寸在几百微米之间。快速凝固条件下，随着冷却速率增大，组织逐渐向细小的等轴晶转变。提高冷却速率，晶粒尺寸减小至几十微米左右。快速凝固下组织更均匀。由于细晶强化作用和α2相硬度较大使得快速凝固合金显微硬度比铸态合金的显著提高，其中合金Ti-44Al的显微硬度提高至少100%。传统铸态合金Ti44Al6Nb1.0Cr(2.

5、0V)主要包含γ相和少量的α2相及B2相。快速凝固Ti44Al6Nb1.0Cr(2.0V)合金主要包含γ相和α2相。B2相含量明显减少以致没有检测到。随着冷却速率的增大，晶粒尺寸明显降低。快速凝固显微组织中等轴晶粒内部出现了偏析，但偏析得到一定改善。快速凝固Ti44Al6Nb1.0Cr(2.0V)合金显微硬度较其传统铸态有所提高。5对同一冷却速率4.9×10K/s的Ti-44Al合金和Ti-48Al合金的显微组织对比分析：Ti-48Al的晶粒尺寸更小。相同条件下的快速凝固，晶界间的Al富集可能会直接形成γ相，且α→γ相转变时，α相的分解同时也减小了晶粒尺寸。Nb、Cr、V

6、合金元素添加到TiAl基合金中，一方面高熔点元素使得合金熔点提高，在原来的基础上增大了过冷度，提高形核速率；另一方面，添加扩散率低的Nb、Cr、V合金元素，在凝固过程中阻碍扩散反应的进行，晶粒长大速率缓慢，使得晶粒尺寸减小。细晶强化及固溶强化作用使得快速凝固TiAl基合金显微硬度提高。关键词：快速凝固；TiAl基合金；冷却速率；显微组织；硬度I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractBinaryTiAlalloys(Ti-44Al,Ti-48Al)andhighNbcontainingTiAlalloys(Ti44Al6Nb1.0Cr,Ti44Al6Nb1.0Cr2

7、.0V)ribbonswereproducedbychill-blockmelt-spinningmethod.Thethesisstudiedthephasecompositions,microstructureandmechanicalpropertiesoftheseTiAlbasedalloyspreparedbytraditionalcastingandrapidsolidification.TheeffectofAlcontentonmicrostructureofbinaryTiAlalloysatthesame