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机械合金化与热压烧结制备TiAl基合金的研究

王天国  
【摘要】:金属间化合物作为有潜力的高温结构材料已展现出了优良的性能。特别是TiAl基合金,是一种非常有潜力的航空航天用高温结构材料。与Ni基高温合金相比,TiAl基合金具有密度低,高温强度高,抗氧化性能好等优点。但TiAl基合金室温延性很低,加工成形非常困难,从而阻碍了其广泛的使用。因此目前的研究工作主要集中在解决室温延性低的方面上。机械合金化(MA)作为一种粉末冶金方法可以获得具有超细晶粒结构的材料。因此利用机械合金化法制备的TiAl基合金有望提高其室温延性和可加工性。本论文的主要工作是利用机械合金化与热压烧结制备TiAl基合金,并研究其显微组织及力学性能。 首先采用扫描电镜(SEM)、X-ray衍射和示差扫描量热法(DSC)研究了Ti-48at%Al混合粉末机械合金化过程中的显微组织演变。结果表明:随着球磨过程的进行,Ti-48at%Al颗粒逐渐等轴化,粒度变小并逐渐细化至纳米尺寸,粒度分布变窄。在此过程中并没有发现Ti-Al金属间化合物的形成。 此外研究了高能球磨Ti/Al混合粉热压烧结过程的致密化行为,并进行了热压烧结热力学和动力学分析。结果表明,与增加烧结压力、提高烧结温度或延长烧结时间的作用相同,高能球磨对Ti/Al混合粉末热压烧结过程的致密化具有促进作用,且效果更加显著。球磨时间越长,烧结体越致密。以球磨40 h的粉末为原料,经1300℃热压烧结可获得密度为3.971 g/cm~3,致密度高达99.55%的TiAl基合金。 最后研究了利用机械合金化和热压烧结制备的TiAl基合金的显微组织及其力学性能。结果表明,采用此方法能制备出成分均匀,显微组织细小的TiAl基合金。粉末冶金TiAl基合金的力学性能与其显微组织有密切的关系,显微组织越细小,其室温强度及延性越高。


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