层状结构TiAl基复合材料合成机制与性能研究

《层状结构TiAl基复合材料合成机制与性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文层状结构TiAl基复合材料合成机制与性能研究SYNTHESISMECHANISMANDMECHANICALPROPERTIESOFLAMINATEDTiAlCOMPOSITE王学菲哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB331学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文层状结构TiAl基复合材料合成机制与性能研究硕士研究生：王学菲导师：郑镇洙教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学C

2、lassifiedIndex:TB331U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSYNTHESISMECHANISMANDMECHANICALPROPERTIESOFLAMINATEDTiAlCOMPOSITECandidate:WangXuefeiSupervisor:Prof.ZhengZhenzhuAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsEngin

3、eeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:June，2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要TiAl基合金作为综合性能优异的新型结构材料可满足航空航天超音速飞行器及汽车发动机对结构减重和高温强度的双重要求。然而TiAl基合金室温塑性低，成形能力差，传统热轧制方法制备TiAl基板材相当困难。本

4、文通过设计层状结构和引入TiB晶须增强相提高TiAl板材综合力学性能。本文将纯Ti箔和原位自生的TiBw/Ti复合材料箔分别与纯Al箔交替堆叠，通过真空热压制备出Ti-Al叠层和(TiBw/Ti)-Al叠层，并通过反应热处理合成出具有层状结构的TiAl板材和TiBw-TiAl复合材料板材。分析了叠层在热处理过程中的相组成及相转变规律，研究了层状结构形成机理，对层状结构TiAl板材和TiBw-TiAl复合材料板材进行力学性能测试，揭示了强韧化机制与断裂机理。o将真空热压获得的界面结合良好的Ti-Al叠层

5、进行660C的低温反应退火，Ti原子和Al原子不断进行互扩散，生成TiAl3相，并且TiAl3相的生长遵循直线生长动力学模式。低温反应退火2h后，材料中的Al完全消耗，获得Ti-TiAl3叠层。由于低温反应退火时Ti与Al反应扩散速率不同，组织中存在Kirkendall孔洞，o生成相TiAl3为疏松多孔结构。将叠层继续进行1200C/35MPa/2h高温反应退火，材料中孔洞得到弥合，且Ti和Al继续扩散，反应生成TiAl和Ti3Al，由于材料成分不均匀，存在贫Al区和富Al区。随着热处理的进行，贫Al

6、区转变为全层片(α2-Ti3Al/γ-TiAl)层，富Al区形成等轴γ-TiAl层，最终制备出具有双晶结构的层状TiAl板材。由于(TiBw/Ti)-Al叠层和纯Ti-Al叠层的扩散组元一致，且厚度基本没变，因此对(TiBw/Ti)-Al叠层亦采用同种热处理工艺，制备了具有层状结构的TiBw-TiAl复合材料板材，组织由TiAl层和TiBw-rich层交替组成，其中TiAl层为全层片(α2-Ti3Al/γ-TiAl)层和等轴γ-TiAl层交替排列，TiBw-rich层为高体积分数的TiB晶须聚集层。室

7、温拉伸结果表明，层状结构TiAl板材抗拉强度、室温延伸率较高，层状双晶结构可相互细化组织。层状TiBw-TiAl复合材料板材由于增强相TiBw的存在，提高了强度。分析拉伸断口，全层片(α2-Ti3Al/γ-TiAl)层断裂主要为穿片层断裂和沿片层断裂，等轴γ-TiAl层主要为穿晶断裂和沿晶断裂。断裂韧性结果表明，层状结构TiAl板材平行于热压方向的断裂韧性比垂直于热压方向的高，且TiB晶须的引入提高了韧性。层状结构和TiB晶须的存在增加了裂纹萌生与扩展的阻力，延长了裂纹扩展的路径，起到了增韧的目的。I

8、哈尔滨工业大学工程硕士学位论文三点弯曲结果表明，层状结构TiBw-TiAl复合材料板材室温弯曲强度升高，增强相TiB晶须的引入可提高复合材料的弯曲强度。关键词：TiAl基复合材料；层状结构；原位自生；热处理；力学性能II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAsanewtypeofstructuralmaterialswithexcellentproperties,TiAl-basedalloyscansatisfythedualrequirem