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循环热处理对TiAl基合金组织与性能的影响

彭超群  
【摘要】: 通过可行性分析、模拟试验和感应热处理试验,采用光学显微镜、扫描电镜、 透射电镜、X射线衍射仪和室温压缩试验等手段,系统研究了快速加热循环热处 理对TiAl基合金显微组织和室温力学性能的影响,得到以下主要结论。 1)循环热处理正交试验(L_(16)(4~5))表明:根据不同热处理条件(加热速度υ_h=25~ 100℃/s,保温温度θ=1310~1340℃,保温时间t=2~5min,冷却速度υ_c=20~ 160℃/s,循环次数n=1~7),可获得4种不同类型的显微组织,即典型层片组织, 细小层片、较粗层片及块状相混合组织,细小近层片组织,块状组织;在上述试 验参数范围内,当加热速度低于25℃/s,且保温湿度低于1310℃或循环次数小 于3时,TiAl基合金仅发生层片粗化或少量形核。由极差分析可知,加热速度、 保温温度、保温时间、冷却速度和循环次数对硬度值的影响按从大到小排列的顺 序为:υ_h;t,θ,υ_c,n,其中加热速度对硬度的影响最大。 2)加热速度单因素优化试验表明:以100~3200℃/s(θ=1330℃,t=2min, υ_c=50~80℃/s,n=5)进行快速热处理可以使晶粒尺寸细化至50μm以下。 3)循环热处理可以在热加工基础上进一步细化TiAl基合金显微组织;对二次 锻原始组织,随着循环次数增加,层片组织不断细化,当循环次数为7次时,全 层片组织的晶团平均尺寸可从50μm左右细化至20μm以下。 4)利用感应加热设备对TiAl基合金进行循环热处理,可以获得晶团尺寸约为 50μm、层片间距约为12×10~(-2)μm的TiAl基合金细小全层片组织。 5)感应加热快速热处理可以大幅度提高TiAl基合金的硬度,最大硬度可达412 HV_5;经1000℃,12~48h时效处理后,硬度仍可保持在350HV_5以上,且当 时效时间达到12h以后基本保持不变。 6)感应加热循环热处理可以较大幅度提高TiAl基合金的压缩力学性能,屈服 强度、最大流变应力和压缩率的最大值分别可达806.6MPa,1740MPa和19.4%; 最佳综合力学性能在1000℃时效至24h时获得,其值为屈服强度745.1MPa、 最大流变应力1672.2MPa和压缩率19.4%。 7)经感应热处理和时效后的室温压缩断裂仍为较典型的解理断裂,且裂纹扩 展以穿晶断裂为主。 8)在快速加热、短时保温循环热处理过程中,细小全局片组织以晶界形核为 主,并可发生相界形核;新层片晶团的长大可用台阶机制描述。


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