Nb含量對(duì)TiAl基合金組織與性能的影響.pdf

1、TiAl基合金具有較高的高溫強(qiáng)度、高溫抗氧化性能、抗蠕變性能、比強(qiáng)度、比剛度且密度低等優(yōu)點(diǎn)而被逐漸應(yīng)用關(guān)于航空航天及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。γ-TiAl合金因其優(yōu)異的變形性能而成為目前材料工程和科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。Nb為β相穩(wěn)定元素，合金中具有一定含量的β相會(huì)促進(jìn)其高溫變形性能，而添加過多Nb元素會(huì)形成室溫下脆性有序相B2。而關(guān)于不同Nb元素含量對(duì)TiAl基合金組織性能的影響的研究還比較少。本文采用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SE

2、M)、能譜儀(EDS)、X射線衍射(XRD)和透射電子顯微鏡(TEM)等分析手段系統(tǒng)地研究了Nb含量Ti-47Al-2Cr-xNb-0.2Mo(at.％)(x=1，3，5，7)合金鑄態(tài)顯微組織和拉伸性能及高溫抗氧化性能的影響，并通過熱處理工藝優(yōu)化合金鑄態(tài)組織和鍛態(tài)組織。得出以下主要結(jié)論:
　　(1) Ti-47Al-2Cr-xNb-0.2Mo(at.％)合金鑄錠，其組織為由γ相、α2相與少量β相組成的層片組織;在層片組織間存在網(wǎng)狀

3、β相和γ相兩種偏析;隨Nb含量增加，層片晶團(tuán)平均尺寸和β相的含量增加。不同Nb含量TiAl基合金的室溫拉伸強(qiáng)度均低于高溫拉伸強(qiáng)度，且室溫延伸率均低于高溫延伸率，室溫塑性對(duì)Nb含量的變化不如高溫敏感，進(jìn)一步驗(yàn)證了TiAl基合金室溫延性較差，室溫下難以進(jìn)行塑性加工的特性。隨Nb含量增加，合金粗大的層片晶團(tuán)在高溫拉伸時(shí)不易變形。
　　(2)Nb元素的加入顯著降低了合金氧化增長速率;隨著Nb含量增加，氧化物顆粒變得致密細(xì)小，氧化膜中Al2

4、O3含量逐漸增加，在試驗(yàn)研究Nb含量范圍內(nèi)，氧化物顆粒平均尺寸與Nb含量有很好的線性相關(guān)性;隨Nb含量增加，氧化層結(jié)構(gòu)逐漸變得均勻，且與基體粘附力增強(qiáng)。添加Nb元素抑制了基體金屬元素與外部氧元素之間的相互傳輸，提高了合金的抗氧化能力。
　　(3)對(duì)低Nb鑄態(tài)合金直接進(jìn)行熱處理可消除晶內(nèi)和晶界的β相偏析，對(duì)高Nb合金鑄態(tài)組織直接進(jìn)行熱處理可減少β相的含量，但并不能有效消除β相。不同Nb含量TiAl合金經(jīng)包套鍛造后，合金顯微組織主要由