文档介绍：目录
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高铌TiAl合金的性能及应用 1
高铌TiAl合金铸锭中的偏析种类 1
偏析对合金组织性能的危害 2
合金元素扩散的基本原理 3
课题的意义 3
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六参考文献 17
高铌TiAl合金的性能及应用
高铌TiAl合金也就是所谓的高温TiAl 合金与常规TiAl 合金相比,使用温度要提高60-100°C。室温强度要提高300-500 Mpa。其抗氧化性能远远优于常规TiAl 合金,而且具有很好的抗氧化性能。同时,与普通TiAl 基合金相比,高铌TiAl 基合金利用高熔点难熔金属Nb 元素的加入提高了合金的高温强度,改善了高温抗蠕变和抗氧化性能,同时提高合金的使用温度至900 ℃以上,又兼顾了普通TiAl 合金密度小的特点,因此被认为是最有应用潜力的新一代高温轻质结构材料,受到了广泛的研究[2]。因而广泛应用于制造航天飞机的结构部件和飞机的发动机叶片[4]。在航空、航天、航海、兵器装备、化工、医疗器械等行业中得到迅猛发展,并在其中起到了重要作用。机械系毕业设计论坛以出售、定做毕业设计为主
高铌TiAl合金铸锭中的偏析种类
图1. 含8Nb的TiAl合金的准相图(实线)
根据平衡相图高Nb钛铝相图可以看出:合金在凝固过程中经历L→ L+β→β→β+α→α→α+γ→L(α2+γ)+γ的相变过程[1]。对大尺寸高铌TiAl合金铸锭的组织进行分析可以发现,合金铸锭中一般存在三种显微偏析
[5]:
1)凝固过程中Al偏析到枝晶间液相区形成的液相偏析,称凝固偏析;
2)在β→α的转变过程中向晶界排出的Ti, Nb,W 元素来不及扩散均匀结果形成β相,冷却到室温时留在晶界处而形成的偏析,称为β偏析,其成分为Ti2AlNb。
3)在α相内由于其元素分布不均匀致使有些区域达到β相成分形成β相, 冷却到室温时出现在片层团内而形成的偏析,称为α2偏析。
偏析对合金组织性能的危害
铸态合金组织中这三种偏析的存在给合金的组织优化带来了很大的困难,影响了合金的力学性能, S2偏析区域内片层团晶粒明显粗化,而β相的存在会降低合金的室温延性和断裂韧性。β相的存在往往形成应力集中,往往成为微观裂纹扩展的最重要因素。因此β相的存在严重降低合金的室温延性和断裂韧性[5].由于偏析机制引起的元素浓度的变化可以通过后来的热处理工艺消除。然而,铸锭组织的不均匀和TiAl 较低的抗失效能力使铸锭材料的热加工变得困难。为了获得细小均匀的全片层组织有必要对为消除高铌TiAl合金中这三种偏析而进行的热处理和热加工工艺进行研究。
由上图可以明显的看出:提高高铌TiAl合金强度的关键问题是要避免形成稳定的β(低温下为β2)相,β2(β)相的存在对合金的性能是有害的,在低温下,β2(β)相具有脆性,往往是裂纹源,高温下,体心结构的β2(β)相强度下降很快。Nb 是β相形成元素,且容易产生偏析,铸态下容易形成β相。准确控制成分和优化工艺可以减少偏析和形成β相[8]。因此消除铸态合金组织中的β相偏析成为本次试验的主要目的。
合金元素扩散的基本原理
扩散也就是由于元素浓度不均匀而产生的元素定向运动。合金组织中由于各个相的元素含量不一样,因此相的偏析必然引起合金内部不同区域的元素浓度不一样,这就为随后的能够通过扩散退火消除组织和成分偏析提供了基础。
金属学知识告诉我们,要想通过扩散退火工艺消除铸态合金中的偏析而本次试验的目的是要消除TiAl合金中的β相偏析,就必须要保证足够高保温温度和足够长的保温时间。
这是因为,温度在足够高的条件下,才能使原子具有足够的激活能,足以克服周围原子的束缚发生迁移。同时由扩散系数D与温度之间的关系式:D=D0exp(-Q/RT),可见随温度升高扩散系数急剧增大,扩散的速度就越快,使得元素扩散分布均匀所需的时间缩短。
为了消除偏析还必须保证有足够长的保温时间,因为原子的扩散属于短程的原子运动,-,要扩散1mm的距离必须要迁移近亿次。最后在相同条件下,不同原子半径的原子的扩散速度也不一样。这使由于原子半径大的原子扩散的时候使基体的晶格畸变更大,扩散阻力就越大,扩散就越困难。因此合金铸件中的偏析的消除比其他的一些原子半径较小的元素组成的偏析要困难的多。因此合金铸件中的偏析的消除需要更高的温度和更加长的保温时间