【摘 要】
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Ti2Al C/Ti Al合金作为一种综合力学性能优良的高温材料,有望应用于高温发动机部件。但是由于Ti2Al C增强相尺寸较大,且有着偏聚粘连现象,导致其室温强度和塑性不能很合理地匹配,制约了实际应用,本文以Ti48Al2Cr2Nb合金为基体,向其中添加不同含量的C元素进一步提高合金强度;并分别向Ti48Al2Cr2Nb2.5C合金中引入不同工艺参数的超声波改善合金的组织并同步提高合金强度和塑性
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Ti2Al C/Ti Al合金作为一种综合力学性能优良的高温材料,有望应用于高温发动机部件。但是由于Ti2Al C增强相尺寸较大,且有着偏聚粘连现象,导致其室温强度和塑性不能很合理地匹配,制约了实际应用,本文以Ti48Al2Cr2Nb合金为基体,向其中添加不同含量的C元素进一步提高合金强度;并分别向Ti48Al2Cr2Nb2.5C合金中引入不同工艺参数的超声波改善合金的组织并同步提高合金强度和塑性。旨在探究超声波熔体处理和C元素对合金组织及性能的影响机制,为超声波辅助熔铸高温Ti Al合金提供理论指导。向熔体中添加不同含量C元素并引入超声波后实验结果表明,随着超声时间从0增加到100 s,合金中片层团尺寸从40.7减小到33.0μm;片层间距从1.5减小到0.8μm;析出相从长棒状转变为短棒状且长径比从3.9减小到1.8;合金中γ相含量降低,α2相和Ti2Al C相含量增加。随着熔体过热电流从150增加到400 A,合金片层团尺寸和析出相长径比先降低后增加;合金中γ相含量先降低后增加,Ti2Al C相含量则先增加后降低,转折点均在熔体过热电流为350 A时。随着C元素含量从0增加到3 at.%,合金组织从枝晶转变为等轴晶,组织中B2相消除,最终形成网状γ相;片层团尺寸101.5μm下降到40.8μm,析出相长径比从7.9减小到3.3;合金中γ相含量先升高后降低,α2相含量降低,在1 at.%C时析出Ti2Al C相且其含量增加。引入超声波后,合金片层团尺寸由73.8μm减小到32μm,析出相长径比由7.5减小到1.8,析出相转变为近圆状,组织得到进一步细化,且网状γ相被消除。在熔体过热为350 A时,随着超声处理时间从0增加到100 s时,Ti48Al2Cr2Nb2.5C合金极限抗压强度从1901.1 MPa增加到2532.1 MPa,极限压应变从27.0%增加到33.7%。随着熔体过热度从150增加到300 A,Ti48Al2Cr2Nb2.5C合金极限抗压强度从2141.1 MPa增加到2497.0 MPa,极限压应变从27.0%增加到32.6%,随着合金中C元素含量的增加,合金强度和压缩率先升高后降低,转折点发生在2C,而引入超声波后改善了这一情况,高C含量合金的强度和塑性同步提高。合金的断裂方式为解理断裂,伴随有片层断裂和沿片层断裂,析出相的拔出和偏移。超声波产生的空化效应会产生局部高温高压,一方面提高了形核过冷度,细化了初生β相,增加了Ti2Al C相生长速率使其向圆球状转变,另一方面熔断了合金中Ti2Al C相,细化了Ti2Al C相并提高了β相异质形核率,最终导致组织的细化;C元素的加入使得合金从β相为初生相的包晶凝固转变为α相为初生相的α凝固。合金主要通过添加C元素造成固溶强化,析出Ti2Al C相产生颗粒强化,细化片层团产生细晶强化,而析出相含量的增加吸收了断裂过程中的能量起到韧化的作用。
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