【摘 要】
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TiAl合金由于较低的密度、较好的高温强度、优异的耐氧化性能和耐蠕变性能等优良特点,成了目前最有前景的航空用金属材料之一,并且被认为在一系列领域中有希望取代镍基高温合金。本文通过改变典型γ-Ti Al合金中Ti-48Al-2Nb-2Cr（at.%）合金的Nb与Cr元素含量制备了两种新成分合金,即Ti-47.5Al-3Nb-1.5/3.5Cr合金。首先,基于已有的Ti Al合金热处理工作,选定了三种
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TiAl合金由于较低的密度、较好的高温强度、优异的耐氧化性能和耐蠕变性能等优良特点,成了目前最有前景的航空用金属材料之一,并且被认为在一系列领域中有希望取代镍基高温合金。本文通过改变典型γ-Ti Al合金中Ti-48Al-2Nb-2Cr（at.%）合金的Nb与Cr元素含量制备了两种新成分合金,即Ti-47.5Al-3Nb-1.5/3.5Cr合金。首先,基于已有的Ti Al合金热处理工作,选定了三种不同制度的热处理工艺,较为系统性的研究了在（α+γ）两相区内的热处理制度。通过改变保温温度、保温时间和冷却方法,深入研究了各种热处理工艺后Ti-47.5Al-3Nb-1.5/3.5Cr合金显微组织的变化,并探讨了热处理后显微组织变化对力学性能的影响。最后,通过高温原位观察分析了Ti-47.5Al-3Nb-1.5/3.5Cr合金在不同冷却速率下冷却过程中相变与片层组织的形成。铸态Ti-47.5Al-3Nb-1.5Cr合金以α2+γ片层组织为主,片层团边界分布着少量块状γ相。在（α+γ）两相区保温一段时间后,Ti-47.5Al-3Nb-1.5r合金中Nb、Cr元素重新分布均匀,片层间距细化。分析合金的显微组织与力学性能可知,细化片层间距和固溶强化可以有效提高合金的断裂延伸率和抗拉强度。在1350℃保温60min后空冷所获得的热处理样品中片层间距细化与固溶强化的综合效果最佳。因此该热处理样品具有最佳的拉伸性能,其抗拉强度从铸态的372.54MPa提高至533.86MPa,断裂延伸率从0.70%提高至1.04%。铸态Ti-47.5Al-3Nb-3.5Cr合金以α2+γ片层组织为主,片层团边界不均匀的分布着少量块状γ相与B2相。在Ti-47.5Al-3Nb-3.5r合金热处理实验中,当热处理温度接近γ相固溶析出温度(Tγ-sol)时,合金片层间距明显粗化。而当在1400℃保温60min后空冷时,热处理样品的片层间距细化、片层团尺寸减小。此外,均匀的B2相在基体中起析出强化作用。因此,空冷样品在1400℃保温60min后得到了良好的抗拉强度和断裂延伸率,分别为359.54MPa和2.04%。与铸态样品对应的405.06MPa和0.66%相比,空冷样品的延伸率可显著改善。此外,结果表明固溶强化是导致样品维氏硬度增加的主要原因,热处理后样品维氏硬度从铸态的352.6Hv增加至465.2Hv。在不同的冷却速率下观察Ti-47.5Al-3Nb-1.5/3.5Cr合金冷却过程中相变以及片层形成。越高的冷却速率下合金析出片层的温度越低,即需要更大的过冷度驱动片层形成。同时,较高的冷却速率将会导致冷却过程中形成的α与γ两相晶粒尺寸较小,在后续固态相变中可细化片层。此外,在6℃/min冷却速率下,Ti-47.5Al-3Nb-3.5Cr合金由于冷却过程相对缓慢,高温时含量较多的Cr元素拥有更多的扩散时间,使得α片层与γ片层之间形成台阶,γ片层通过台阶的运动从而在厚度方向持续生长,导致了合金片层间距过大。
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