2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、TiAl合金具有低密度、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和蠕變抗力等優(yōu)點(diǎn),作為高溫結(jié)構(gòu)材料,其在航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是,TiAl合金熱加工性能較差以及其本征脆性,傳統(tǒng)加工方法難以甚至無法整體制造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能TiAl合金零件。金屬增材制造技術(shù)(Metal Additive Manufacturing,MAM)在無需刀具以及模具的前提下,利用三維CAD數(shù)據(jù),可以直接快速精確的整體制造出復(fù)雜高性能金屬零件。激光選區(qū)熔化(Selecti

2、ve Laser Melting,SLM)是最具發(fā)展?jié)摿Φ慕饘僭霾闹圃旒夹g(shù)之一。利用SLM技術(shù)逐層熔化微細(xì)TiAl合金粉末,在理論上上可成形任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的TiAl合金零件。然而,SLM成形過程存在快速熔化、快速凝固和逐層疊加等特征,與傳統(tǒng)工藝有較大的差異性,最終導(dǎo)致SLM成形零件與傳統(tǒng)方法在微觀組織與性能方面存在明顯差異。因此,本文以Ti-45Al-2Cr-5Nb合金粉末為成形材料,研究SLM成形TiAl合金的工藝、顯微組織及力學(xué)性能。

3、主要結(jié)論和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
  1、研究了激光功率對(duì)SLM成形Ti-45Al-2Cr-5Nb合金微觀組織、相組成與維氏硬度的演變規(guī)律。發(fā)現(xiàn)SLM成形的Ti-45Al-2Cr-5Nb合金主要由α2,γ和B2三相組成,上表面和側(cè)面微觀組織分別為等軸晶和柱狀晶。激光掃描形成的熔池被分割成三個(gè)區(qū)域:粗晶區(qū)、過渡區(qū)和細(xì)晶區(qū)。隨著激光功率的增加,晶粒尺寸逐漸增大并且其取向由強(qiáng)烈的(0001)轉(zhuǎn)變?yōu)?0001),(1011)和(1121),同時(shí)大角

4、度晶界(high-angle grain boundaries,HAGBs)和α2相的含量也逐漸增大。另外,由于晶粒尺寸的增大以及B2相含量的降低,成形件的維氏硬度隨激光功率增大由580.1±16.4Hv1/15逐漸減小至561.7±16.1Hv1/15。
  2、研究了不同的激光掃描速度對(duì)SLM成形Ti-45Al-2Cr-5Nb合金微觀組織、相組成與維氏硬度的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)隨著激光掃描速度由500mm/s增加至800mm/s,晶

5、粒的平均尺寸由7.11μm逐漸減小至5.43μm,但晶粒取向均無(0001)、(1011)和(1121);晶界角均由大角度晶界組成,其體積分?jǐn)?shù)隨激光掃描速度的增加由91.60%逐漸減小至86.19%;基體α2相含量逐漸減少,而γ相和B2相含量逐漸增大,其相位關(guān)系為:(20(2)0)α2//(110)γ//(220)B2和(20(2)0)α2//(200)B2;成形件抗壓強(qiáng)度和納米硬度分別由829.41±24.88Mpa和7.90±0.3

6、2GPa增加至1216.16±36.48Mpa和9.49±0.46GPa。
  3、研究了基底預(yù)熱溫度對(duì)SLM成形Ti-45Al-2Cr-5Nb合金微觀組織、相組成與維氏硬度的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)預(yù)熱溫度由298K增加至623K,晶粒取由強(qiáng)烈的(1011)和(1121)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)烈的(0001)取向,最終轉(zhuǎn)變?yōu)橥葟?qiáng)度的(0001)、(1011)和(1121)的混合取向;不同預(yù)熱溫度下晶界角均由大角度晶界組成,并隨預(yù)熱溫度的增加其體積

7、分?jǐn)?shù)逐漸由88.2%增加至93.9%;首先(102)?相轉(zhuǎn)變?yōu)?(0002)相和(110)γ相,接著殘余β相有序轉(zhuǎn)變?yōu)锽2相,最終殘余B2相及未完全轉(zhuǎn)變的γ相隨機(jī)分布于α2相基體表面;納米硬度由7.57±0.38GPa增加至8.47±0.42GPa,均高于傳統(tǒng)鑄造TiAl基合金納米硬度(4.8±0.28GPa)。
  4、研究了兩步法退火熱處理對(duì)SLM成形Ti-45Al-2Cr-5Nb合金微觀組織、相組成與維氏硬度的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)

8、退火熱處理溫度由298K(室溫對(duì)照)增加至1473K時(shí),上表面晶粒平均尺寸由5.81μm逐漸增加至9.98μm,晶粒均為同等強(qiáng)度的(0001)、(1011)和(1121)的混合取向;B2相含量逐漸減小,而基體相α2相和γ相的含量逐漸增加,γ相和B2相在幾百納米的范圍內(nèi)隨機(jī)的分布在α2相基體表面。α2相、γ相和B2相的演變過程和相位關(guān)系:(200)β→(11(2)0)α2+(111)γ和(20(2)0)α2//(110)γ//(110)B

9、2;納米硬度H和楊氏模量G分別處于8.36±0.42GPa到9.75±0.49GPa和179.60±8.98GPa到199.26±9.96GPa范圍。熱處理的過程中γ相織構(gòu)演變規(guī)律為:纖維織構(gòu)強(qiáng)度先減小后增強(qiáng),纖維織構(gòu)保持{101}<121>取向不變,再結(jié)晶織構(gòu)強(qiáng)度先強(qiáng)后弱,保持{124}<211>取向不變,再結(jié)晶織構(gòu)組分中立方織構(gòu)和R織構(gòu)也呈先強(qiáng)后弱趨勢(shì);α2相具有D019(HCP)結(jié)構(gòu),即六角對(duì)角的Al原子占據(jù)了密排六方結(jié)構(gòu)中的Ti

10、原子的位置所形成的結(jié)構(gòu);α2相具有BCC結(jié)構(gòu),即Ti元素和Al元素分別處于B2相體心立方結(jié)構(gòu)的最上層和最下層,而Cr元素和Nb元素處于立方結(jié)構(gòu)的中間部位所形成的結(jié)構(gòu);γ相具有L01(BCC)結(jié)構(gòu),即Ti原子占據(jù)了其上表面和下表面的八個(gè)角以及中心位置,而Al原子則位于其結(jié)構(gòu)四個(gè)側(cè)面的中心位置所組成的結(jié)構(gòu);β/B2相轉(zhuǎn)變?yōu)棣?α2相最有可能是由于β相中Cr原子和Nb原子遷移所導(dǎo)致的,即BCC結(jié)構(gòu)中的(110)平面的“...Ti-Nb/Cr-

11、Al-Ti-Nb/Cr-Al...”原子堆疊順序轉(zhuǎn)變?yōu)镈019(HCP)結(jié)構(gòu)中的(0001)平面的“...Ti-Al-Ti-Ti-Ti-Al-Ti-Ti...”原子堆疊順序;α/α2相轉(zhuǎn)變?yōu)棣孟鄤t主要是由于α/α2相中Ti-Al原子的遷移所導(dǎo)致的,即D019(HCP)結(jié)構(gòu)中的(0001)平面的“...Ti-Al-Ti-Ti-Ti-Al-Ti-Ti...”原子堆疊順序轉(zhuǎn)變?yōu)長10(BCC)結(jié)構(gòu)中的(110)平面的“...Ti-Al-Ti-

12、Al...”原子堆疊順序。
  5、研究了TiB2增強(qiáng)相對(duì)SLM成形TiAl/TiB2金屬基復(fù)合材料成形性的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)TiB2增強(qiáng)相重量百分比由0wt.%(空白對(duì)照)增加至3wt.%,SLM制備的TiAl/TiB2復(fù)合材料上表面晶粒取向發(fā)生非常大的改變,由強(qiáng)烈的(0001)取向轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)烈的(1011)和(1121)的混合取向,基體相α2相的體積分?jǐn)?shù)由76.2%逐漸減小至51.2%,而γ相和B2相的體積分?jǐn)?shù)分別由22.3%和1.

13、5%逐漸增加至43.7%和2.5%;α2相、γ相、B2相、TiB2相和TiB相的相位平行關(guān)系為:(20(2)0)α2//(110)γ、(11(2)0)α//(110)B2//(111)γ//(10(1)0)TiB2和(0002)α2//(0001)TiB2;隨TiB2增強(qiáng)相含量的增加,納米硬度H值呈先增大后減小的趨勢(shì)。α2相的棱形織構(gòu)強(qiáng)度要高于基體織構(gòu)和錐形織構(gòu)的強(qiáng)度,當(dāng)TiB2增強(qiáng)相重量百分比增加時(shí),菱形織構(gòu)、基體織構(gòu)和錐形織構(gòu)的強(qiáng)度

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