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摘要TiAl 基合金是一种性能十分突出的合金材料，这种合金的密度较低，质量较轻，有很好的高温抗蠕变能力，但其较差的室温塑性严重制约其实际应用和发展。本论文以Ti-50Al合金为研究对象， 利用 OM、EBSD、压缩测试等手段分析了 γ-TiAl 基合金的微观组织、晶界特征分布以及力学性能。主要得到以下结论： （1）通过采用多向等温锻造（MIF）及后续退火处理来细化晶粒和优化晶界特征分布，改善了TiAl 合金的室温塑性，晶界工程手段有待继续探究。 （2）本文采取的形变热处理试样机械性能相对于母材得到明显改善，各工艺之间的影响差别较小，最佳工艺为变形温度 850℃退火温度 1100℃1.5h，表现出最好综合机械性能，抗压强度和极限压缩率分别提高 84%和23%。 28641
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毕业论文关键词 γ-TiAl 基合金 组织转变 机械变形 热处理 晶界特征分布
Title Study on the grain boundary engineering of Ti-50Al alloy with MIF Abstract TiAl based alloy is a kind of alloy material with outstanding properties of lower density, lighter weight, but its poor room-temperature ductility restricting its practical application and development. In this paper, Ti-50Al alloy were investigated. Microstructure, grain boundary character distribution (GBCD),and mechanical properties of γ-TiAl based alloy were analyzed by OM, EBSD，compression test and other analytic methods. The main results were as follows: (1) The distribution of grain and grain boundaries was refined by using MIF and subsequent annealing, so the room temperature plasticity of TiAl alloy was improved. But grain boundary engineering means need to continue to explore. (2) In this paper, the mechanical properties of the deformation heat treated sample were significantly improved compared with the parent material, and there is few difference between the effects of the processes. The best technology is deformation temperature 850°C, the annealing temperature 1100°C, 1.5h, and the best mechanical performance is demonstrated. The compressive strength and the ultimate compression ratio were 84% and 23%.
Keywords γ-TiAl based alloy microstructure transformation mechanical deformation heat treatment grain boundary character distribution
目次
1引言1
1.1课题研究的背景和意义1
1.2TiAl合金的性质1
1.3多向锻造4
1.4等温锻造5
1.5晶界工程5
1.6辅助Ti-50Al合金晶界工程研究应用意义7
2实验过程及方法8
2.1实验方案和过程8
2.2实验材料和仪器8
2.3实验方法9
3单相γ-TiAl合金的组织转变及其对晶界特征分布的影响11
3.1成分对单相γ-TiAl合金的影响11
3.2多向等温锻造对单相γ-TiAl合金的影响13
3.3多向等温锻造结合退火对单相γ-TiAl合金的影响14
结论29
致谢30
参考文献31
1 绪论 1.1 课题研究的背景和意义 TiAl 基合金是一种性能十分突出的合金材料，这种合金的密度较低，具有较高的比弹性模量和比强度，在高温环境依然具有满足需求的刚度和强度，同时，它还能够抗蠕变以及抗氧化，以上提到的这些优点使其能够在航空航天、飞航导弹用发动机以及汽车轻质耐热结构件等方向具有十分可观的应用前景。经过第 1 代 TiAl 基合金（Ti-48Al-4V-0.1C)以及第 2 代TiAl 基合金（Ti-48Al-2（Cr，Mn）-2Nb）的发展，在这两代 TiAl 基合金的基础上，最近 10年以来，第3代、第 4代TiAl 基合金又被开发出来，通过合金化和组织控制的方法，使 TiAl合金的拉伸性能、断裂韧性、蠕变性能以及抗氧化性能等都得到了普遍的提高[1-4]。 虽然 TiAl 基合金有着以上众多优点并且获得了很快的发展，但近几年来开发出的 TiAl基合金仍需要解决许多性能方面的问题，最突出的问题就是 TIAl 基合金的室温塑性较低，以及这个问题伴随而来的成形性差。研究表明，只需合理地控制TIAl 合金的组织和成分，可使其室温塑性提高到 4%甚至更高。目前，有以下几种途径能够改善 TiAl 基合金的室温塑性：(1)改善微观组织结构；(2)合金化及微合金化；(3)完善制备工艺；(4)降低环境脆性；(5)在合金的基体中加入塑性粒子或纤文等。改善 TiAl 基合金在室温下的合金性能， 克服其室温脆性，对于具有优良性能的 TiAl 基合金的研发具有重要的现实意义与实用价值。通过采用多向等温锻造（MIF）及后续退火处理来细化晶粒和优化晶界特征分布，改善TiAl 合金的室温塑性。 1.2 TiAl合金的性质 1.2.1 TiAl 合金的相图与相变 在Ti-Al 二元系中，主要有 Ti3Al、TiAl、TiAl2、TiAl3这4个金属间化合物相，其中，有三个化合物受到了广泛的研究和关注：Ti3Al、TiAl、TiAl3。这其中认为 A3B和AB型合金的Ti3Al 和TiAl，是有应用和发展价值的适合作为高温材料的合金。图 1.1是TiAl 合金的二元相图。[5]