论文部分内容阅读
TiAl基合金依靠其较小的密度、较高的比强度、良好的高温抗氧化性、抗蠕变断裂性能,应用于航空航天和汽车工业领域,成为一种极具潜力的轻质高温合金,但较差的室温塑性和断裂韧性限制了TiAl基合金在实际中更广泛的应用。合金化是目前改善TiAl基合金室温塑性和韧性、提高综合力学性能的一种有效手段。例如,Nb可以显著提高合金的强度、V能有效改善合金的塑性,Cr可以提高合金的断裂韧性,Fe可提高合金的流动性。但目前关于Fe对高铌钛铝基合金的影响、Fe与其他合金元素的交互作用还需进一步的深入研究。本文选择向Ti46Al6Nb、Ti46Al6Nb1.0Cr、Ti46Al6Nb2.5V三种合金中加入不同含量(0,0.3,0.5,0.8,1.0)at.%Fe元素,利用真空非自耗电弧炉熔炼制备纽扣锭,经过线切割、研磨、抛光、腐蚀等步骤,观察了合金的宏观组织、显微组织及显微偏析情况,借助EDS、XRD确定了相组成,并进行室温压缩及三点弯曲试验,获得不同成分合金的压缩强度、压缩塑性及断裂韧性,观察其断口形貌,确定合金的断裂特征,从而研究Fe对Ti46Al6Nb基合金的影响规律,并确定具有最佳力学性能时的合金成分。实验结果表明,不同成分的Ti46Al6Nb基合金在室温下获得了近全片层组织,Fe含量不超过0.5at.%时,显微组织由平行生长的枝晶组成,Fe细化了一次枝晶间距,但不改变枝晶的形态;当Fe含量增加至1.0at.%时,枝晶的长度明显减小,并出现类似于等轴晶形态的均匀细小的晶粒。EDS分析发现,Fe元素在γ相中的固溶能力较强,过量的Fe易在枝晶间隙的γ相周围富集形成B2相,另外,过量的Fe在一定程度上促进了Nb、Cr、V等元素的β偏析。室温压缩试验表明,Fe元素通过细晶强化、固溶强化和析出强化的综合作用,使TiAl基合金的压缩强度得到有效提高;一定含量的Fe可以改善TiAl基合金的断裂韧性,主要通过影响晶粒尺寸、显微组织形态和第二相的形状、数量及分布而产生作用。尽管Fe可以提高合金的综合性能,但Ti46A6Nbl基合金仍表现为脆性断裂。综合分析得出,Ti46Al6Nb1.0Fe、Ti46Al6Nb1.0Cr0.5Fe、Ti46Al6Nb2.5V0.3Fe合金具有相对优异的综合性能。