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《哈尔滨工业大学》 2007年
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含钇的TiAl基合金显微组织及性能的研究

李宝辉  
【摘要】: 采用水冷铜坩埚真空感应熔炼工艺制备了Ti-45Al-5Nb、Ti-45Al-5Nb-0.3Y、Ti-43Al-9V-0.3Y(at%)合金铸锭,并通过包套锻造和包套轧制制备了TiAl合金锻饼和板材。系统地研究了TiAl合金的铸造、锻造、轧制工艺及其组织性能,得到以下主要研究结果。 通过热力学计算和组织观察分析了Y在Ti-45Al-5Nb合金中的存在形式。Ti-Y、Nb-Y生成热为正,Al-Y生成热为负,而且组元Y的活度系数最大。组织分析表明,Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金中含有YAl2相,它具有立方结构。该相主要富集在晶界,在晶内只有少量的细小颗粒析出。 Y明显细化了铸态Ti-45Al-5Nb合金的显微组织,平均晶粒尺寸从600μm降低到100μm,平均层片间距从470nm降低到200nm。Y添加导致Ti-45Al-5Nb合金室温拉伸强度和塑性均提高,但都为脆性解理断裂。Y添加对Ti-45Al-5Nb合金连续冷却转变影响较小,而冷却速度对连续冷却转变影响较大。炉冷后形成全层片组织,空冷下层片形成被α→γm块状反应抑制,油冷后形成极细小的全层片组织,水冷主要发生α→α2有序化转变。Y添加提高了Ti-45Al-5Nb合金热变形能力。包套锻造Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金由大量细小的动态再结晶等轴γ晶粒、弯曲和破碎的层片、少量残余平直层片组成,其中再结晶γ晶粒尺寸可达1~2μm。锻态Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金的室温拉伸性能明显优于铸态材料。锻造后抗拉强度达到708.1MPa,延伸率达到0.95%。进一步热处理获得了细小的双态组织、近层片组织、全层片组织,这些组织具有更好的室温拉伸性能。双态组织有最高的塑性,约为1.9%,抗拉强度约为658.9MPa。近层片组织的抗拉强度约为690.2MPa,延伸率约为1.75%。全层片组织有最高的抗拉强度,约为715.1MPa,延伸率约为1.51%。 铸态Ti-43Al-9V-0.3Y合金由γ、α2、B2、YAl2相组成,为细小的近层片组织,层片晶粒尺寸约为80μm,层片内存在短条状B2相。锻态合金为流线型组织,组织细化显著,再结晶γ晶粒尺寸可达1~5μm。轧态合金为细小近γ组织,无流线,γ晶粒尺寸约为20μm,B2相尺寸约为8μm,呈网络状分布在γ晶粒周围。锻态和轧态Ti-43Al-9V-0.3Y合金的拉伸性能明显优于铸态合金。室温下,锻造和轧制后拉伸强度提高了约89~132MPa,延伸率从0.5%分别提高到1%和1.2%。700℃下,轧制后拉伸强度提高了约63~72MPa,延伸率从5.7%提高到7.9%。 Ti-45Al-5Nb和Ti-45Al-5Nb-0.3Y合金在高温下具有良好的抗氧化性,Y的影响可忽略,且其高温抗氧化性能均优于Ti-43Al-9V-0.3Y合金。5%Nb添加导致好的抗氧化性与Nb5+的掺杂,连续Al_2O_3层的形成,靠近基体的富Ti(Nb)层的形成等因素有关。9%V添加导致较差的抗氧化性是由于氧化过程中生成了低熔点的氧化物V_2O_5,使氧化层不具有保护作用。而且V_2O_5和Al_2O_3发生反应形成AlVO_4,消耗掉部分Al_2O_3,使氧化层的保护作用进一步削弱。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG113

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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6 骆合力;李尚平;曹栩;张喜娥;张冬云;;可焊高强Ni_3Al基MX246AG合金研究[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
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9 宋彬;;CASTSoft CAD/CAE技术在铸造工艺设计中的应用[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
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7 刘睿;钛合金动态断裂韧性测试方法及断裂行为的研究[D];北京有色金属研究总院;2010年
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5 张阿莉;等离子束表面冶金高硅涂层研究[D];山东科技大学;2010年
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8 刘慧苹;高纯度Ti_3Al粉末的制备研究[D];郑州大学;2010年
9 李倩;钛合金激光熔覆工艺与形状修复试验研究[D];大连理工大学;2010年
10 曲振;采煤机截割部扭矩轴的可靠性研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
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1 吴炜;快速凝固四元铝基金金显微组织及性能的研究[D];合肥工业大学;2004年
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【二级引证文献】
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5 尚尔晶;TiAl基合金高温钎焊钎料配制及连接工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
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8 彭彩霞;渗硅TiAl基合金高温氧化动力学及抗氧化机理研究[D];太原理工大学;2007年
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