材料科学论文_粉末冶金Ti-6Al-4V/Ti-48Al-2Cr-

文章目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 γ-TiAl基合金概述

    1.2.1 γ-TiAl基合金的发展历程

    1.2.2 γ-TiAl基合金的力学性能

        1.2.2.1 室温本征脆性

        1.2.2.2 高温变形行为

        1.2.2.3 内在影响因素

    1.2.3 γ-TiAl基合金的可加工性

        1.2.3.1 本构方程模型

        1.2.3.2 热加工图理论

1.3 γ-TiAl基复合材料的研究现状

    1.3.1 颗粒增强γ-TiAl基复合材料

    1.3.2 纤维增强γ-TiAl基复合材料

    1.3.3 板材增强γ-TiAl基复合材料

1.4 粉末冶金γ-TiAl基复合材料的制备

    1.4.1 基本工艺流程

    1.4.2 元素粉末法

    1.4.3 预合金粉末法

1.5 本课题研究的目的、意义及主要内容

第2章 研究方案及实验方法

2.1 引言

2.2 研究方案

    2.2.1 设计思想

    2.2.2 组分设计

    2.2.3 技术路线

    2.2.4 烧结工艺

2.3 材料制备

2.4 性能测试

    2.4.1 粒度分析

    2.4.2 密度检测

    2.4.3 拉伸性能测试

    2.4.4 高温压缩性能测试

2.5 组织分析

    2.5.1 X-射线衍射分析

    2.5.2 扫描电子显微镜分析

    2.5.3 电子背散射衍射分析

    2.5.4 透射电子显微镜分析

第3章 γ-TiAl基复合材料的制备及组织结构研究

3.1 引言

3.2 预合金粉末的结构及形貌

    3.2.1 物相组成

    3.2.2 形貌特征

3.3 γ-TiAl基复合材料的致密度

3.4 γ-TiAl基复合材料的组织结构

    3.4.1 物相组成

    3.4.2 微观组织

    3.4.3 界面结构

3.5 本章小结

第4章 γ-TiAl基复合材料高温拉伸行为及性能研究

4.1 引言

4.2 拉伸真应力-真应变曲线分析

    4.2.1 Ti4822合金拉伸曲线分析

    4.2.2 γ-TiAl基复合材料拉伸曲线分析

4.3 拉伸断口区域形貌与结构

    4.3.1 断口形貌

        4.3.1.1 室温拉伸断口

        4.3.1.2 高温拉伸断口

    4.3.2 近断口区剖面结构

        4.3.2.1 孔洞与裂纹随温度的变化规律

        4.3.2.2 孔洞与裂纹随应变速率的变化规律

        4.3.2.3 孔洞与裂纹随TC4含量的变化规律

4.4 高温拉伸形变机制

4.5 拉伸本构方程

4.6 本章小结

第5章 γ-TiAl基复合材料高温压缩行为及性能研究

5.1 引言

5.2 高温压缩真应力-真应变曲线分析

5.3 高温压缩本构方程

    5.3.1 基于峰值应力建立的本构方程

    5.3.2 基于变形量建立的本构方程

5.4 热加工图

5.5 高温热加工形变机理

    5.5.1 热变形温度对微观组织的影响

    5.5.2 应变速率对微观组织的影响

5.6 本章小结

第6章 结论

致谢

参考文献

作者简介

攻读博士学位期间研究成果

文章摘要:γ-TiAl基合金作为一种极具发展潜力的轻质高温结构材料,在航空航天、汽车工业等领域应用前景广阔。然而,该合金目前所面临的室温脆性大、可加工性差、高温塑性及高温强度不足等一系列问题,严重制约其应用。近年来,材料设计理念已深入人心,使得复合材料制备工艺及理论飞速发展,设计以γ-TiAl合金为基体的复合材料成为有效改善上述问题的可行手段。在此,本文采用粉末冶金工艺将Ti-6Al-4V合金颗粒引入到Ti-48Al-2Cr-2Nb合金基体中,突破添加“软相”仅能使复合材料增韧这一传统认知,设计出利用“软相”强化韧化的新型γ-TiAl基复合材料,为其应用研究提供理论基础。本研究的主要结论如下:（1）Ti-48Al-2Cr-2Nb和Ti-6Al-4V预合金粉末经真空热压烧结及包套热挤压处理后,成功制备出Ti-6Al-4V颗粒均匀分布在Ti-48Al-2Cr-2Nb基体中的γ-TiAl基复合材料,其基体组织为层片状γ/α2相和等轴γ相,分散相组织为层片状α/β相,界面区域冶金结合良好,未见新相生成,界面主要为α/α2相界面。（2）γ-TiAl基复合材料是温度和应变速率敏感型合金,其抗拉强度随温度的升高而降低,随应变速率的降低而减小。当Ti-6Al-4V含量由0增加到12 wt.%时,复合材料的高温抗拉强度增大,延伸率先增大后减小,且在Ti-6Al-4V含量为8 wt.%时复合材料的高温强度和韧性同时得到提高,综合力学性能最佳。（3）γ-TiAl基复合材料的强韧化机理:γ-TiAl基复合材料高温变形初期,Ti-6A1-4V合金率先产生塑性变形,此时基体仍处于弹性变形阶段,Ti-6Al-4V中被激活的位错无法移动到基体中,聚集在界面位置,从而导致额外的加工硬化;Ti-6Al-4V合金可以有效地阻碍裂纹扩展,动态载荷从硬相基体转移到软相,迫使硬相和软相协同变形,从而使复合材料的强度和塑性同时得到提升。（4）γ-TiAl基复合材料的高温拉伸变形是一个热激活的过程,变形过程中应力与温度和应变速率之间的本构关系可以用双曲正弦曲线来表示。Ti-6Al-4V含量为8 wt.%的复合材料的本构方程为:（?）（5）通过对γ-TiAl基复合材料高温压缩行为的研究,建立了在加工硬化-回复软化和动态再结晶阶段基于双曲正弦型的本构方程,同时也验证了该本构方程的准确性。基于动态材料模型建立了复合材料在不同应变下的功率耗散图,并利用失稳判据绘制了该复合材料高温加工成形性能的热加工图,最终确定了最优的热加工窗口。（6）根据Ti-6Al-4V含量为8 wt.%的复合材料的热加工图,确定其热加工安全区域是变形温度在850℃～1020℃、应变速率1×10

文章来源：《冶金与材料》 网址: http://www.yjyclzz.cn/qikandaodu/2022/0204/1203.html