熱壓燒結(jié)高Nb-TiAl合金研究.pdf

1、TiAl合金由于其低密度、高比強(qiáng)度和剛度，以及良好的抗氧化性能和高溫抗蠕變性能。因而，引起了研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，有望在不久的將來(lái)成為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域發(fā)揮出巨大的潛力。但是其室溫塑性差、難于加工和850℃以上高溫性能不足限制了TiAl合金的工業(yè)化應(yīng)用。而高Nb-TiAl合金以其優(yōu)異的高溫性能成為了TiAl合金發(fā)展的新方向，為解決上述問(wèn)題提供了可能。
　　本文以名義成分為Ti-45Al-8Nb-0.2B-

2、0.2W-0.1Y9(at.％)的高Nb-TiAl合金為基體。首先通過(guò)真空熱壓燒結(jié)對(duì)基體合金進(jìn)行燒結(jié)工藝的研究,確定最佳的燒結(jié)溫度。其中，制備基體合金采用200目的大顆粒粉末和微米級(jí)的小顆粒粉末。所制備的材料利用線切割加工成實(shí)驗(yàn)測(cè)試所需規(guī)格，然后經(jīng)過(guò)打磨、拋光對(duì)其表面進(jìn)行處理。燒結(jié)工藝確定之后，在基體合金中添加合金元素，對(duì)加有合金元素的材料進(jìn)行處理和性能測(cè)試及研究。借助熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線衍射儀（XRD）、能譜分析儀

3、（EDS）、維氏顯微硬度計(jì)和材料試驗(yàn)機(jī)等儀器設(shè)備對(duì)燒結(jié)制備的材料進(jìn)行微觀組織、斷面形貌和力學(xué)性能的分析。結(jié)果顯示：
　　對(duì)不同的燒結(jié)溫度所制備的試樣進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，最佳的燒結(jié)工藝為：620℃預(yù)燒結(jié)，保溫1.5h；1350℃終燒結(jié)，保溫2h。以此燒結(jié)工藝制備的試樣具有最佳的力學(xué)性能和全片層狀顯微組織。經(jīng)分析還得知：較小顆粒粉末所制備的試樣性能要優(yōu)于大顆粒粉末所制備的試樣，而且其燒結(jié)溫度降低了50℃，即小顆粒粉末的燒結(jié)工藝為：620℃預(yù)

4、燒結(jié)，保溫1.5h；1300℃終燒結(jié)，保溫2h。原因是，細(xì)顆粒粉末之間接觸面積大，表面能較高，縮短了原子之間的擴(kuò)散路徑，易于燒結(jié)。
　　對(duì)基體合金中分別加入合金元素 Cr和Mo，對(duì)加入合金元素的試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試和微觀組織以及斷面形貌分析得知：當(dāng)加入2%的合金元素Cr時(shí)，材料的硬度無(wú)顯著變化，但是，Cr增強(qiáng)了材料的抗彎強(qiáng)度，與基體合金相比，提高了16.2%；細(xì)化了微觀組織，使得合金片層狀組織的片層間距減?。皇够w合金的斷裂形式由