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机械合金化TiAl基合金复合材料的制备及其组织性能的研究

李东辉  
【摘要】:采用机械合金化(Mechanical Alloying,MA)方法,制备Ti-X%(X=30.0,44.7,70.0)Al合金粉体并通过在TiAl复合粉体中添加W及稀土元素(Ce、La)制备Ti-Al-W、Ti-Al-La、Ti-Al-Ce、Ti-Al-La-Ce合金粉体,并将所得的粉体进行压制烧结成坯。利用X射线衍射仪,电子透射显微镜(TEM),电子扫描显微镜(SEM),差热扫描量热仪(DTA)等分析了球磨时间、添加金属或稀土元素及热处理后对合金粉体晶粒度、相结构、组织及性能的影响。 结果表明,Ti、Al单质混合粉经过机械球磨,Ti-Al复合粉的尺寸不断变小,球磨到一定40小时后,颗粒尺寸变化不大,同时变得更均匀,可以得到Ti、Al相间的具有层片结构的Ti-Al复合粉,随Al含量增加,可以得到非晶态。尽管机械球磨导致Ti-Al复合粉的硬化程度增大,但经过预压成形,高温(1250℃)烧结和复压致密工艺过程,得到相对密度较高(96%)的Ti-Al复合粉压坯。Ti-Al复合粉压坯的扩散反应是在固相下进行的,通过对反应后的压坯组织进行X射线衍射、能谱、扫描电镜和金相分析,可以发现,机械球磨能够加快Ti、Al之间的扩散反应,且球磨后得到的Ti-Al复合粉在Al含量增大时,在固相下能够部分或完全转变成TiAl和Ti3Al。同时发现,反应后的Ti-Al金属间化合物经过进一步的高温烧结,可以得到几乎完全致密的TiAl基合金,说明温度对其有很大影响。 在添加元素W、La、Ce后,研究发现,对Ti-44.7%Al组织与力学性能也有很大影响:在加入W后的TiAl合金球磨40小时后,W完全溶于Ti,Al中,Ti相的晶格常数随着球磨时间的增加而减小。微量La可以使TiAl合金的室温抗弯强度σ_b提高,在0.5%时达到最大,且延性明显增加;而Ce使强度下降,对延性改善甚微。并使用金相显微镜和透射电子显微镜详细地分析抗弯变形前后的显微组织及其变化,在此基础上探讨合金的变形行为及其微合金化强化机理。


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