TiAl合金板材的制备与组织性能研究

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TiAl基合金具有低密度、优异的高温结构性能等优点,被认为是一种最具应用前景的高温结构材料。然而,TiAl基合金具有本征脆性,变形能力差,在高温800℃以上,TiAl合金的抗氧化能力不足,限制了TiAl基合金的工程化应用。新兴的Beta-Gamma TiAl合金的具有高温变形能力优势,拓宽了TiAl基合金的热加工工艺窗口。本文以两种Beta-Gamma TiAl合金:Ti-43Al-9V-Y(at.%)合金和Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y(at.%)合金为研究对象,通过铸锭冶金法制备了两种合金的板材,并对两种合金轧态的组织与力学性能进行了系统的研究,分析了热处理对Ti-43Al-9V-Y合金板材的组织与力学性能的影响。通过XRD、OM、BSE、EDS、EBSD等方式对Ti-43Al-9V-Y合金板材的组织与相组成进行了研究。发现在Ti-43Al-9V-Y合金板材组织中不存在动态再结晶所产生的等轴晶粒,只是简单的塑性变形而已,变形机制为位错的滑移。Ti-43Al-9V-Y合金板材内部主相为γ相,占所有相组成的71.8%,其次为β/B2相,大约占据24.2%。只有在γ晶粒与β晶粒的边缘还存在着少许的α2-Ti3Al相。对Ti-43Al-9V-Y合金板材进行热处理,设计了四种温度:1250℃、1280℃、1310℃、1340℃,均保温1h,然后对其进行组织与相组成的分析。结果显示,1250℃下保温1h后得到的组织为等轴γ晶粒,轧制的板材组织发生了再结晶;在1280℃下进行热处理后,组织以B2相为主,γ相其次;在1310℃下进行热处理后得到的组织与1280℃热处理后得到的组织类似,γ相组织较1280℃多;在1340℃下热处理后得到的组织中,除了等轴γ相与B2相以外,还在γ相边缘发现了α2+γ层片,有利于改善合金的强度属性。利用电子显微硬度计对Ti-43Al-9V-Y合金板材热处理前后的组织进行了硬度测试,发现Ti-43Al-9V-Y合金的硬度与其组织内可用B2相息息相关。当可滑移B2相增多时,其硬度下降;利用Instron-5569电子万能材料试验机进行拉伸性能与压缩性能的测试。测试结果如下:原始Ti-43Al-9V-Y合金板材的室温抗拉强度为347.7MPa,屈服强度为246MPa,延伸率约为3.3%,在700℃下进行拉伸实验,抗拉强度约为569.13MPa,屈服强度为481.4MPa,延伸率高达13.58%,表现出明显的“反常屈服”现象。在1340℃下热处理后的室温抗拉强度增加到383.9MPa,但是延伸率却降低为2.2%,在700℃下进行拉伸实验,抗拉强度达到了604MPa,屈服强度达到了555MPa;对原始Ti-43Al-9V-Y合金板材的室温压缩实验发现,压缩速度为0.5mm/min时,其抗压强度高达1060MPa,压缩率达40%,压缩速度为0.05mm/min时,其抗压强度为739MPa,压缩率为27%,压缩速度越快,强度越高。对Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y合金板材的组织进行了研究,Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y合金板材组织以等轴γ晶粒为主,大角度晶界,Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y合金组织在轧制过程中发生了动态再结晶,组织破碎。对其进行了室温压缩实验,结果发现,在同样的压缩条件下,Ti-45Al-2Nb-1.5V-1Mo-0.3Y合金板材的抗压强度要较Ti-43Al-9V-Y合金板材低大约140MPa左右,延伸率类似,这跟板材内部那些细小的裂纹有关。
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