近片层组织TiAl脆韧转变行为研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sansancaicai
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TiAl金属间化合物以其低的密度、高的比模量及比强度和优异的高温强度稳定性日益引起工程应用的广泛关注,被誉为未来可替代高温Ni基材料的高温结构材料,具有重要的应用价值。然而,TiAl的极低的室温塑性严重影响了其应用前景。TiAl在高温环境下会发生韧脆转变现象,其塑性大为提高,为其高温下的塑性加工提供了便利。本文采用铸造、等温锻造方法获得Ti-47Al-2Nb-2Cr-0.4(W+Mo)(at%)锻坯,并对其实施了不同温度的热处理,获得了近片层组织TiAl(NLTiAl)的最终热处理工艺方案。在1330℃保温2小时炉冷的热处理工艺下,获得了显微组织均匀的近片层TiAl的试验材料。在MTS材料测试系统上,对上述NLTiAl在不同温度下实施了下应变率分别为1×10-4s-1、1×10-3s-1和5×10-3s-1的准静态拉伸性能测试,并确定了各应变率加载下的韧脆转变温度(BDTT)。测试结果表明,随着温度的提高,流动应力均不同程度的降低,弹性模量随之降低,塑性变形量随着温度的提高而提高;NLTiAl的BDTT是应变率相关的。其BDTT由5×10-3s-1应变率下的1050℃降低到1×10-4s-1应变率下的750℃。也即,随着应变率的提高,其BDTT也显著提高。对不同温度应变率变形组织进行了金相观察。分析结果表明,断口组织随温度的演化规律无明显的应变率相关性,在各个应变率下基本类似,即由室温的穿晶断裂模式过渡为较高温度下的穿晶断裂与沿晶断裂的混合模式,而BDTT以上则为塑性断裂模式。对不同温度应变率变形组织进行TEM观察。结果表明,在BDTT以下准静态条件拉伸变形位错孪晶数量较少,变形机理以形变孪生为主,孪晶多呈细薄平行状,且在片层晶内多与片层晶界呈一定夹角交叉。此外,随温度的升高,材料内部的孪晶和位错数量逐步升高。BDTT以上的断裂试件中位错密度增加明显,大量的位错呈密集型堆积在片层晶和等轴晶内,发生激烈的交互作用。平面位错胞和直线状位错壁都已发现,表明材料正在进行动态回复过程,各种类型的亚晶开始形成。BDTT以上,可观察到一定数量的<011]超位错,并滑移良好;不同滑移方向上的1/2<110]普通位错和<011]超位错的交互作用加剧了这一过程的进行;表明随温度的提高,超位错可动性提高对脆韧转变行为的进行起到了一定的促进作用。部分晶界在热激活作用下发生一定的弯曲,晶界可动性改善。TEM观测中还发现了TiAl中的TLD型晶界,该晶界不断向晶粒内发射位错,以降低晶界能量。
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