Zr和Co對TiAl基合金組織和性能的影響.pdf

1、TiAl基合金具有密度小、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天及汽車工業(yè)行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景，但是TiAl基合金室溫塑性差、難加工等缺點(diǎn)嚴(yán)重的限制了它的應(yīng)用。合金化是改善TiAl合金性能的重要手段之一。Nb元素和Zr元素可以提高合金的強(qiáng)度，Zr與Ti同族，能夠大量的置換鈦鋁合金中Ti原子的位置，具有較好的固溶強(qiáng)化作用；強(qiáng)β穩(wěn)定元素Co通過改善鈦鋁合金電子結(jié)構(gòu)和彈性性能，提高TiAl合金的延展性，但是Zr、Co對Ti43Al、Ti47Al合金的影

2、響，以及Zr、Co對Ti43Al6Nb和Ti47Al6Nb合金的影響需要進(jìn)一步的研究。
　　本文向Ti43Al、Ti43Al6Nb、Ti47Al和Ti47Al6Nb合金中分別添加不同含量的Zr和Co元素，觀察分析宏觀組織及微觀組織，結(jié)合EDS、XRD分析相的組成、顯微偏析；進(jìn)行室溫壓縮試驗(yàn)分析室溫壓縮強(qiáng)度及塑性變形量變化規(guī)律，觀察斷口形貌并分析斷裂方式；分析組織與性能之間的關(guān)系。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Zr對Ti43Al和Ti4

3、3Al6Nb合金具有明顯的優(yōu)化效果。Ti43Al-xZr合金隨著Zr元素含量的增加，組織得到細(xì)化、壓縮強(qiáng)度提高，添加5at.％Zr時(shí)，壓縮強(qiáng)度達(dá)到最高1685MPa，提高了81.71%。Ti43Al6Nb-xZr合金隨著Zr元素含量增加，組織先細(xì)化后粗化、析出相逐漸增多、壓縮強(qiáng)度先上升后下降，添加2.5at.%Zr時(shí)，合金組織細(xì)化最佳、壓縮強(qiáng)度最高，壓縮強(qiáng)度則由對比合金的1979MPa提高到2162MPa，提高了9.25%。Zr對Ti4

4、7Al合金具有較小的優(yōu)化效果。隨著Zr元素含量的增加，顯微組織先細(xì)化后粗化、析出相逐漸增多、偏析嚴(yán)重、強(qiáng)度先提高后降低，在0.5at.%Zr時(shí)合金細(xì)化效果最佳，壓縮強(qiáng)度和塑性變形量分別為2158.03MPa、35.24%，分別提高了9.46%和7.64%。Zr對Ti47Al6Nb合金沒有明顯的細(xì)化效果，隨著Zr元素添加量的增多，合金組織粗化、析出相逐漸增多、偏析嚴(yán)重、力學(xué)性能也逐漸變差。
　　Co對Ti43Al、Ti43Al6Nb

5、合金具有明顯的優(yōu)化效果。Ti43Al-xCo合金中，顯微組織呈等軸晶形態(tài)；隨著Co元素含量增加，等軸晶越來越小、力學(xué)性能也逐漸提高；添加2.5at.%Co時(shí)等軸晶最為細(xì)小，片層團(tuán)由塊狀組織組成，壓縮強(qiáng)度和塑性變形量由對比合金的927.21MPa、9.29%提高到2251.10MPa和28.42%，分別提高了142.78%和205.92%。Ti43Al6Nb-xCo的合金隨著Co元素含量增加，組織先細(xì)化后粗化、強(qiáng)度和塑性均先上升后下降，添

6、加1at.%Co時(shí)組織最為細(xì)小、力學(xué)性能最佳，壓縮強(qiáng)度及塑性變形量分別為2223.61MPa、33.46%，分別提高了12.37%和17.28%。Ti47Al-1Co合金壓縮強(qiáng)度為2041.14MPa，與原始合金的1971.5MPa相比，強(qiáng)度略有提高。Co對Ti47Al6Nb合金沒有明顯的細(xì)化效果，隨著Co含量增加，組織粗化、偏析嚴(yán)重、力學(xué)性能下降。
　　總體來說，Zr、Co對Ti43Al合金組織和性能的優(yōu)化效果優(yōu)于Ti47Al合