Ti-47Al-5Nb合金在熱暴露及低周疲勞過程中的組織穩(wěn)定性.pdf

1、γ-TiAl合金具有密度低、高溫強(qiáng)度好、良好的抗氧化性和抗蠕變性等優(yōu)異的性能，在航空、汽車的高溫部件中得到應(yīng)用，是一種很有發(fā)展前途的高溫結(jié)構(gòu)材料。γ-TiAl合金中的α<,2>/γ片層組織對(duì)提高合金的斷裂韌性和高溫蠕變抗力，降低疲勞裂紋擴(kuò)展速率起到重要的作用。但以前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：γ-TiAl合金中的片層組織在高溫暴露和應(yīng)力作用下變得不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生連續(xù)或不連續(xù)粗化，這會(huì)損害合金的蠕變和疲勞性能。而用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件的γ-TiAl基合金主要處

2、于交變機(jī)械載荷和周期性溫度變化環(huán)境下，因此研究合金在高溫和應(yīng)力作用下的組織穩(wěn)定性對(duì)其使用的安全性具有重要意義。 本論文旨在通過各種加載和溫度變化方式系統(tǒng)地研究具有雙態(tài)組織和全片層組織的Ti-47Al-5Nb合金在等溫?zé)岜┞丁⒌葴貑蜗蚣虞d、等溫交變加載、變溫交變加載條件下α<,2>/γ片層組織熱不穩(wěn)定性規(guī)律，以及溫度和應(yīng)力對(duì)組織熱不穩(wěn)定性的影響，分析組織變化機(jī)制。實(shí)驗(yàn)所選擇的溫度為550℃、650℃、750℃，加載方式分別為拉伸、

3、等溫低周疲勞、熱機(jī)械疲勞，包括溫度與載荷同步變化(IP方式)和溫度與載荷反相變化(OP方式)。利用光學(xué)顯微鏡和透射電鏡觀察組織形態(tài)、α<,2>/γ片層界面和各種微觀缺陷的變化，同時(shí)進(jìn)行各相的成分分析。通過上述實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論： 1．γ-TiAl合金無論是否受力，在相同時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)溫度越高，α<,2>/γ片層組織變化就越顯著。在等溫條件下其組織變化方式主要表現(xiàn)為部分α<,2>相溶解，γ片層粗化和等軸晶化。在熱機(jī)械疲勞條件下，其組織

4、表現(xiàn)為大部分α<,2>相溶解，γ片層再結(jié)晶和初始等軸γ晶粗大化。 2．全片層組織的片層團(tuán)域交界處是片層優(yōu)先發(fā)生粗化的位置，同時(shí)在此處有次生片團(tuán)的形成，而雙態(tài)組織則沒有這樣的變化規(guī)律。在相同條件下，雙態(tài)組織的熱穩(wěn)定性好于全片層組織，這主要是因?yàn)殡p態(tài)組織在經(jīng)過α+γ兩相區(qū)保溫后，在隨后的冷卻過程中所形成的α<,2>相體積分?jǐn)?shù)以及α<,2>和γ片層中的Al濃度更接近于熱力學(xué)平衡值，因而組織處于熱力學(xué)比較穩(wěn)定狀態(tài)。 3．在等溫條