Ti-40Al-10Fe合金的时效与强化研究

论文摘要

金属间化合物是介于金属合金和陶瓷之间的一类材料,它背离传统的化学价概念,按照金属键结合,并具有金属的特性.TiAl基金属间化合物是一种具有L10结构的金属间化合物。本文探索研究了Ti-40Al-10Fe（摩尔百分比）材料的制备工艺以及强化机制,用扫描电镜进行样品组织形貌的观察,利用IN-CA350电制冷型能谱仪和D/max2500V型X射线衍射仪测定物相及合金显微组织类型,使用JEM-2100F型透射电镜观察析出相的形貌以及以基体的位向关系,使用HvS-500型显微硬度计测量合金硬度曲线。长期以来人们主要是采用基于经验的试错方法进行工艺及模具设计,这使得产品的费用高,研发周期较长并且产品的质量也不能得到完全的保障,本研究突破一般传统合金研究常采用的基于经验指导的试错方法,避免了盲目的实验和大量材料和精力的浪费。主要从探讨调整析出相的生长方向对时效强化效果的影响出发,以相变晶体学和相图热力学相结合为理论指导,使得Ti-Al-Fe型合金中析出晶体结构和晶胞参数满足理论设计要求的,生长取向靠近滑移面法线的析出沉淀相,在本实验中,用相变不变线理论计算出理论上可能的TiFe析出相的生长方向偏移基体滑移面（111）法线的角度小于10°,接近了其在基体TiAl的滑移面的法线,使阻挡位错的效果得到了理论最大值,从而提高合金的高温强度。如果成功,不仅成功制备得到了一种能代替性能优越但又有一定局限性的Ti-Al-Nb系合金（观察显示Ti-Al-Nb系合金的析出相生长方向偏移基体TiAl的普通滑移面（111）的法线有54°,并没有达到理论上的最佳析出强化效果）,而且还将促进相变晶体学的理论发展,也为合金的发展之路开辟一条全新的途径。实验结果表明,铸态的Ti-40Al-10Fe合金,无缩松缩孔等明显缺陷,成分较为均匀且晶粒细小,并且在1000℃等温时效2个小时之后达到了Hv硬度最大值604.6,虽然实验所得到的产品性能获得了预期的实验效果,但试验结果也表明：试验之前预期的“在TiAl基体上上析出TiFe相”的实验设想没有实现,试验分析显示：退火态的合金主要成分是TiA12Fe,而时效态基体的主要成分为TiA12Fe及TiAl的混合体,并且在TiA12Fe基体上观察到了板片状TiFe及TiAl两种析出相,本实验还测得其中一组析出相与基体之间的位向关系为：[110]TiAl//[321]TiAl2Fe。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 金属间化合物的概述
• 1.1.1 金属间化合物的概念及分类
• 1.1.2. Ti-Al基金属间化合物的分类及现状
• 1.1.3 Ti3Al金属间化合物
• 1.1.4 TiAl3金属间化合物TiA13
• 1.1.5 TiAl金属间化合物
• 1.2 本论文选题依据及可行性分析
• 第二章 Ti-40Al-10Fe合金实验材料与方法
• 2.1 实验设备及原料
• 2.1.1 实验设备及原料
• 2.1.2 实验制备叙述
• 2.2 样品的制备方法简介
• 2.2.1 Ti-40Al-10Nb与Ti-40Al-10Fe合金的制备方法的比较和借鉴
• 2.2.2 X射线衍射仪的基本原理与构造
• 2.2.3 透射电镜观察TEM的成像原理和观察的样品制备
• 2.2.4 合金显微硬度测量
• 第三章 Ti-40Al-10Fe合金铸态及退火态的观察
• 3.1 铸态Ti-40Al-10Fe合金的SEM观察及能谱分析
• 3.2 退火态Ti-40Al-10Fe合金的SEM观察及能谱分析
• 3.3 XRD观察的应用说明
• 3.3.1 铸态及退火态Ti-40Al-10Fe的XRD观察
• 3.4 关于TiAl2Fe相
• 3.5 Ti-40Al-10Fe合金的高温凝固
• 3.6 通过TEM观察合金Ti-40Al-10Fe试样的铸态和退火态的形貌
• 3.7 铸态和退火态的合金硬度
• 第四章 Ti-40Al-10Fe合金的时效硬化
• 4.1 对时效态进行SEM和XRD的综合观察
• 4.2 对时效态的XRD观察
• 4.3 TiAl2Fe与时效100小时的Ti-40Al-10Fe合金的匹配
• 4.4 时效态的TEM形貌以及衍射花样标定
• 4.5 对时效强化进行解析
• 4.5.1 固溶与脱溶
• 4.5.2 本实验的相变动力学关系
• 4.5.3 本实验的晶体学关系
• 4.5.4 本实验的脱溶热力学和动力学分析
• 4.5.5 合金的位错强化
• 4.5.6 时效硬化曲线的实际解析
• 结论
• 展望与建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文情况