论文部分内容阅读
TiAl合金具有低密度、高比强度与弹性模量、良好的蠕变性能及高温性能，是本世纪最有潜力的轻质高温结构材料之一，引起航天航空、汽车、化工等领域众多研究者的青睐。然而TiAl合金室温塑性低及800℃以上高温抗氧化能力的不足制约了其快速规模化应用。合金化是改善TiAl合金塑性及高温抗氧化性能的有效手段之一，本文采用水冷水冷铜坩埚高真空悬浮熔炼制备了添加稀土Y元素的Ti-48Al-2Nb-2Cr-xY(x=0.1，0.3，0.5)合金，分析了Y元素对TiAl合金组织、力学性能及抗氧化性能的影响。 研究发现稀土Y元素显著细化了Ti-48Al-2Nb-2Cr-xY合金的树枝晶组织，随着Y元素的添加，细化效果越发显著。Y元素还可以细化合金的片层间距，0.3at％Y合金添加具有最细的片层间距，过量的Y元素粗化了片层间距。Y元素在凝固前沿富集，在凝固前沿液中产生附加成分过冷促进促进形核、在晶界处生成YAl2相钉扎晶界抑制长大是Y细化组织的主要机制。Y元素提高了Ti-48Al-2Nb-2Cr-xY合金压缩性能，压缩率随着Y含量的增加一直增加，而屈服强度及抗压强度先增加增加后减小，0.3at％Y合金具有最大的抗压强度与屈服强度，当Y含量继续添加时，抗压强度反而降低，压缩性能与硬度变化规律相同，满足Hall-Petch关系。 1330℃/30min/FC热处理后，Y元素细化了Ti-48Al-2Cr-2Nb-xY合金全片层组织，片层团尺寸从0at％Y时800μm降到0.5at％Y时180μm;当Y含量不超过0.3at％时，Y细化了片层间距，Y添加为0.5at％时，片层间距开始粗化;在α单相区通过调整热处理温度、时间，可以小范围控制片层团尺寸;采用双温热处理制度有效细化了Ti-48Al-2Cr-2Nb-(0，0.3)Y合金片层团尺寸，0.3at％Y元素合金化配合双温热处理制度简单有效地将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金全片层尺寸从单级热处理制度得到的800μm降至100μm以下。 0.3at％Y提高了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的高温抗氧化性能，降低了氧化增重;加Y合金氧化膜表面更加平整、致密，颗粒细小均匀，氧化膜较薄，相对于无Y合金氧化膜产生了裂纹，有脱落痕迹，加Y合金与基体具有更好的粘附性;而Y对抗氧化性能的改善，主要原因是Y对Al元素具有活性元素效应，促进了Al2O3的形成生长，降低Al2O3形成所需临界Al含量，在疏松的TiO2晶体层下形成一层连续致密的Al2O3层。