论文部分内容阅读
TiAl基金属间化合物是一种新型的轻质高温结构材料,比重不到镍基高温合金的50%,具有高的比强度、高的比刚度、良好的耐腐蚀性、耐磨性、耐高温以及较好的抗氧化和抗蠕变等优点,是替代镍基高温合金的理想材料。在工业应用中,铸造工艺具有经济性和近净成形性的优势,但是铸造TiAl基合金组织粗大,其室温塑性几乎为零,因此只有有效的细化合金组织,提高其综合性能,才能将铸造TiAl基合金应用于高温结构材料。同时关于TiAl基合金工艺-组织-性能关系的研究却比较少,大大限制了TiAl其合金的应用。本文选取了名义成分为Ti-48Al-2Cr-2Nb(at%)的第二代TiAl基合金,研究热处理工艺以及微合金化(V元素)对合金组织与性能的影响,找到了一种有效细化铸造TiAl基合金组织的热处理制度,系统的探明了V对铸造TiAl基合金组织与性能的影响,利用循环热处理突破了Ti-48Al-2Cr-2Nb(at%)合金强度与塑性相互制约的瓶颈,建立了Ti-48Al-2Cr-2Nb(at%)合金工艺-组织-性能关系。实验结果表明,冷却方式对Ti-48Al-2Cr-2Nb(at％)合金的组织与硬度有显著的影响,随着冷却速度的增加,合金的硬度增大,同时炉冷(FC)对TiAl基合金组织的细化效果较为理想。1306℃-1320℃/10mi5%n/FC可以细化Ti-48Al-2Cr-2Nb(at%)合金的铸态组织,而1330℃-1340℃/10min/FC对合金组织的细化效果不是很明显。采用1310℃/10min/FC+ 1310-1320℃/10min/FC两步热处理,可以将粗大的铸态组织,由1000μm细化至20-30μm,同时合金组织均匀,并且显著减小了β相偏析。随着V含量的增加,合金中p相的含量增加；同时V减小了在β→α相变过程中α相的长大速率,增加了α相的稳定性,抑制了高温α相晶粒的长大,合金的晶粒尺寸明显减小。由于V的固溶强化效果,合金的片层间距明显减小。元素V通过以上两个方面,显著提高了合金的维氏硬度。V也有利于块状组织的形成,但同时显著增加了合金中裂纹的数量,增加了合金淬火裂纹倾向性,限制了淬火工艺的应用。通过1310℃/10min/FC+1310℃/10min/FC热处理可以显著细化Ti-48Al-2Cr-2Nb-1V合金,且组织均匀,晶粒尺寸控制在30-40μm。合金的原始组织形态对Al含量非常敏感,1330℃-1350℃对Ti-48Al-2Cr-2Nb合金进行热处理,获得了组织细小,延伸率较好的双态组织；1370℃C以上热处理获得显微硬度和强度较高的近片层组织和全片层组织；同时发明了Ti-48A1-2Cr-2Nb(at%)合金的循环热处理,得到了组织均匀,晶粒细小的近片层组织,突破了室温强度与塑性相互制约的瓶颈,实现了高强韧的理想匹配(σb=561Mpa,σ0.2=450Mpa,δ5=2.5%).对原始组织不同的两种铸造合金进行热处理,发现相同的热处理制度下,合金的组织形态完全相同,但晶粒尺寸存在差别。建立了铸造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金工艺-组织-性能的关系。