Y、Mo对激光增材制造TiAl合金组织及性能的影响

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TiAl合金相比于其他种类的高温合金材料拥有低密度、高强度、高刚度、耐腐蚀、抗蠕变、抗氧化及良好的高温性能等诸多优异特性,在600℃-1000℃范围内有望部分取代镍基高温合金,可以满足航空航天领域的轻量化需求,从而大大提高推重比,是一种非常有应用发展前景的航空航天领域新型高温结构材料。然而,TiAl合金的室温脆性限制了其广泛应用。本课题以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金为基础,利用激光增材制造(LAM)技术制备了不同工艺参数的单道沉积层,根据其宏观形貌和横截面尺寸,确定了最佳成形工艺。分别制备了添加不同含量Y元素(0 wt.%、0.5 wt.%、1 wt.%、1.5 wt.%、2 wt.%及4 wt.%)和Mo元素(0 wt.%、2 wt.%、4 wt.%、6 wt.%、8 wt.%及10 wt.%)的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金薄壁试样,分别研究Y和Mo含量对TiAl合金组织和性能的影响,探讨改善其室温塑性和高温拉伸性能的合适方法。主要实验结论如下:稀土Y可有效细化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的晶粒。添加Y后TiAl合金中析出物为Y2O3和YAl2相,它们在合金凝固过程中阻碍晶粒长大,从而使晶粒细化。合金中析出物数量随Y含量上升而增加,形态逐渐发生改变,在Y含量达到4 wt.%时连接成网状组织,硬度在此时达到最大值约402.3 HV。试样力学性能在Y元素添加量为2 wt.%时达到最佳值,室温、700℃和800℃下的抗拉强度分别为591 MPa、618 MPa和599 MPa,伸长率分别为3.8%、7.1%和10.7%。与不含Y元素的试样相比,抗拉强度分别提高了29.6%、32.6%和63.7%,高温伸长率分别提高了77.5%和114%。不同Y元素含量试样的室温及高温拉伸断口均为准解理断裂特征。添加Mo可有效细化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的晶粒,由于Mo是β相稳定元素,添加Mo后会促进β/B2相的转变,β/B2相阻碍晶粒长大,从而细化了晶粒。合金中析出物数量随Mo元素含量上升而增加,形态逐渐发生改变,在Mo元素含量达到10 wt.%时组织连接成网状,硬度在此时达到最大值约425 HV。试样力学性能在Mo元素添加量为8wt.%时达到最佳值,室温、700℃和800℃下的抗拉强度分别为576 MPa、608 MPa和580 MPa,伸长率分别为3.2%、4.4%和6.7%。与不含Mo元素的试样相比,抗拉强度分别提高了26.3%、30.5%和58.5%,高温伸长率分别提高了10%和34%。不同Mo元素含量试样的室温及高温拉伸断口均为准解理断裂特征。
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