新型beta钛铝多元合金的循环热处理
钛合金具有高强度、高塑韧性、高抗氧化性、耐腐蚀等优点，在航空航天、军事、医疗器械以及生活等方面都有应用。本次实验主要研究循环热处理实验以及热处理之后的组织的关系，分析循环次数对材料的组织的影响。结果表明：高温淬火可以有效的细化晶粒；高温可抑制层片组织以及γ相块状化的形成；随着循环次数的曾加，晶粒大小以及晶面间距会有减小，但晶粒大小没那么明显；冷却越快，晶面间距越大。关键字：钛铝合金 循环热处理 显微组织 金相目录
第一章绪论 1
1.1钛铝合金的性能介绍 1
1.2钛铝合金的应用 3
1.2.1钛铝合金在航空航天以及军事方面的应用 3
1.2.2钛合金在其他方面的应用 4
1.3热处理对钛铝合金显微组织及性能的影响 4
1.4钛铝合金国内外的研究现状 7
1.5 细化晶粒对 TiAl 基合金力学性能的影响 7
1.6钛铝合金的制备 8
1.7本次实验的选题目的以及内容 10
第二章实验仪器及实验步骤 11
2.1实验材料 11
2.2实验仪器 11
2.2.1小型金相显微镜 11
2.2.2箱式电阻炉的使用原理及方法 13
2.2.3MC004XQ2B金相试样镶嵌机的使用及其注意事项 14
2.2.4可编程箱式高温炉的工作原理及使用 15
2.2.5VHX900超景深数码显微镜 16
2.3实验步骤 17
第三章实验结果及分析 18
3.1钛铝合金的原始组织 18
3.2 1350℃循环热处理金相分析 20
3.3 1250℃循环热处理金相分析 21
3.4 1180℃循环热处理金相分析 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章绪论
1.1钛铝合金的性能介绍
钛铝合金的性能主要取决于α和β两相的排列方式，体积分数以及各自的性能。与β相相比α相有几个特征。α相有更高的塑性变形能力，另外还有较低的塑性，力学和物理性能的各向异
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
21
3.4 1180℃循环热处理金相分析 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章绪论
1.1钛铝合金的性能介绍
钛铝合金的性能主要取决于α和β两相的排列方式，体积分数以及各自的性能。与β相相比α相有几个特征。α相有更高的塑性变形能力，另外还有较低的塑性，力学和物理性能的各向异性也会更强。铝是最重要的α相稳定化元素，由于其密度仅仅为钛的一半，所以α合金的密度小于β。α合金一般是单相合金，相对β合金而言它具有中等强度。如果不进行时效强化，亚稳β合金会具有类似于α和α+β合金的相对较好的塑性。另外，合金的显微组织也会影响合金的塑性。合金的显微组织和时效条件会对其断裂韧性有很大的影响。所以钛合金的断裂韧性与其成分之间没有确定的关系。α相具有优异的抗蠕变性能。钛合金的抗蠕变性能会随着β相体积分数的增加而变差。大部分的层片状组织和部分双态组织属于这种情形。相不连续分布的两相组织一具有高的抗蠕变性能。
钛铝合金有一个缺点就是钛铝合金与周围环境中的O和H元素之间具有很高的反应活性，这会导致合金脆化。从而降低钛铝合金的使用寿命。为防止此中情况的出现，钛合金的焊接必须在真空或惰性气体环境下进行。以防与空气中O、H元素接触。α合金和α+β合金比β合金更容易焊接。
金属材料中只有高强度钢的比强度高于钛铝合金。传统钛铝合金的屈服强度大多在800到1200Mpa之间，其中β合金强度最高经时效处理后β钛铝的屈服应力变化范围较宽，通常在900到1400兆帕之间。然而β合金的塑性均随着时效时间的延长而显著降低，除了时效过程外，初生α相对塑性也有影响。时效处理条件不变的情况下，出生α相体积分数的增加会降低合金的屈服强度并提高塑性晶粒尺寸和晶界的影响是相互的。这些因素不会影响合金的强度，但是会显著影响合金的塑性[1]。
TiAl二元系中有Ti3Al、TiAl和TiAl3三种金属间化合物[2]，Ti3Al为密排六方结构，TiAl为面心四方结构TiAl在熔点以下时为有序金属间化合物，原子之间具有很强的键合力，并且TiAl在较高温度下会有较高的扩散激活能，而且它的熔点会达到1600℃[3]，这两种金属间化合物都具有很好的结构稳定性、抗氧化性和高温力学性能。这是其他金属化合物所无法比拟的。但是Ti3Al的抗高温氧化性要比TiAl的抗高温氧化差，使用温度也较低；TiAl3的固溶范围比较窄，所以它的室温延展性比较差，这也就导致了它的机械加工性差，这将不利于它的机械加工。TiAl合金在室温下呈脆性，它没有足够的延展性和变形加工性。
钛铝合金的的耐磨性比较低，这是因为钛铝合金的塑性剪切抗力和加工硬化率较低，另一方面是因为钛铝合金的表面氧化物的保护作用很低。该氧化膜在摩擦接触中容易发生脱落，同时当合金所处的工作环境恶劣时它的的耐腐蚀性能也会因此而大大降低，而当钛铝合金工件发生微动磨蚀时，它的疲劳强度会大大降低，这将不利于工件的工作。因此使其在机械产品以及汽车部件中无法大量使用。如果要用钛铝合金做滑动部件，就必须改善其耐磨性[47]。
为了提高钛铝合金的耐磨性，耐蚀性以及抗微动磨损性等目的，对钛铝合金进行表面处理是进一步扩大钛铝合金实用范围的有效途径。钛合金的表面处理技术主要包括电镀、化学镀、阳极氧化、微弧氧化、激光熔覆、离子注入等方法[8]。
TiAl合金的密度低，弹性模量高，除这些优点以外它的综合性能指标还优于传统的高温合金并且钛铝合金的韧性又高于普通的陶瓷材料，它在航空航天方向的发展前景将会十分广大。作为高温材料的代表，钛铝合金现在已经在军用飞机发动机和低压涡轮叶片方面有了应用。
引起TiAl合金部件失效的原因有以下几种：（1)较低的抗损伤能力(2）较低的室温塑性，（3）较低的断裂韧性（4）高裂纹扩展速率。TiAl基金属间化合物能否最终投入实际使用，很大程度上取决于其室温脆性的克服以及其是否具有良好的综合机械性能和优异的高温性能。
钛现在经常被应用于结构材料方面，其主要原因有三个，优异的抗含氯化物液体腐蚀的能力高的比强度和优异的生物相容性。但在使用过程中钛质结构经常受到疲劳载荷的作用，这种载荷将会使得钛质结构产生裂纹。而影响钛铝合金疲劳强度的主要因素主要有显微组织、晶体学结构、表面强化等。
1.2钛铝合金的应用
1.2.1钛铝合金在航空航天以及军事方面的应用
因为钛铝合金拥有优异的综合力学性能以及低密度和良好的耐蚀性，所以，它在航空航天和军事方面有很大的应用。钛铝合金有高的抗拉强度并结合有良好的疲劳强度和断裂韧性，这使得它能够成为航空构架的一部分。而钛铝合金有优异的高温抗拉强度，抗蠕变强度和高温稳定性，这些优异的性能也使的它在于喷气式飞机发动机上占有一席之地[9]。
钛铝合金精铸技术在航空发动机上去得的成就，大大促进了钛和钛合金铸件用量的增长。到20世纪90年代，虽然世界航空发动机钛合金总用量基本在一万吨左右，但钛铸件的比重在明显增加[10]。
第一章绪论 1
1.1钛铝合金的性能介绍 1
1.2钛铝合金的应用 3
1.2.1钛铝合金在航空航天以及军事方面的应用 3
1.2.2钛合金在其他方面的应用 4
1.3热处理对钛铝合金显微组织及性能的影响 4
1.4钛铝合金国内外的研究现状 7
1.5 细化晶粒对 TiAl 基合金力学性能的影响 7
1.6钛铝合金的制备 8
1.7本次实验的选题目的以及内容 10
第二章实验仪器及实验步骤 11
2.1实验材料 11
2.2实验仪器 11
2.2.1小型金相显微镜 11
2.2.2箱式电阻炉的使用原理及方法 13
2.2.3MC004XQ2B金相试样镶嵌机的使用及其注意事项 14
2.2.4可编程箱式高温炉的工作原理及使用 15
2.2.5VHX900超景深数码显微镜 16
2.3实验步骤 17
第三章实验结果及分析 18
3.1钛铝合金的原始组织 18
3.2 1350℃循环热处理金相分析 20
3.3 1250℃循环热处理金相分析 21
3.4 1180℃循环热处理金相分析 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章绪论
1.1钛铝合金的性能介绍
钛铝合金的性能主要取决于α和β两相的排列方式，体积分数以及各自的性能。与β相相比α相有几个特征。α相有更高的塑性变形能力，另外还有较低的塑性，力学和物理性能的各向异
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
21
3.4 1180℃循环热处理金相分析 23
结论 25
致谢 26
参考文献 27
第一章绪论
1.1钛铝合金的性能介绍
钛铝合金的性能主要取决于α和β两相的排列方式，体积分数以及各自的性能。与β相相比α相有几个特征。α相有更高的塑性变形能力，另外还有较低的塑性，力学和物理性能的各向异性也会更强。铝是最重要的α相稳定化元素，由于其密度仅仅为钛的一半，所以α合金的密度小于β。α合金一般是单相合金，相对β合金而言它具有中等强度。如果不进行时效强化，亚稳β合金会具有类似于α和α+β合金的相对较好的塑性。另外，合金的显微组织也会影响合金的塑性。合金的显微组织和时效条件会对其断裂韧性有很大的影响。所以钛合金的断裂韧性与其成分之间没有确定的关系。α相具有优异的抗蠕变性能。钛合金的抗蠕变性能会随着β相体积分数的增加而变差。大部分的层片状组织和部分双态组织属于这种情形。相不连续分布的两相组织一具有高的抗蠕变性能。
钛铝合金有一个缺点就是钛铝合金与周围环境中的O和H元素之间具有很高的反应活性，这会导致合金脆化。从而降低钛铝合金的使用寿命。为防止此中情况的出现，钛合金的焊接必须在真空或惰性气体环境下进行。以防与空气中O、H元素接触。α合金和α+β合金比β合金更容易焊接。
金属材料中只有高强度钢的比强度高于钛铝合金。传统钛铝合金的屈服强度大多在800到1200Mpa之间，其中β合金强度最高经时效处理后β钛铝的屈服应力变化范围较宽，通常在900到1400兆帕之间。然而β合金的塑性均随着时效时间的延长而显著降低，除了时效过程外，初生α相对塑性也有影响。时效处理条件不变的情况下，出生α相体积分数的增加会降低合金的屈服强度并提高塑性晶粒尺寸和晶界的影响是相互的。这些因素不会影响合金的强度，但是会显著影响合金的塑性[1]。
TiAl二元系中有Ti3Al、TiAl和TiAl3三种金属间化合物[2]，Ti3Al为密排六方结构，TiAl为面心四方结构TiAl在熔点以下时为有序金属间化合物，原子之间具有很强的键合力，并且TiAl在较高温度下会有较高的扩散激活能，而且它的熔点会达到1600℃[3]，这两种金属间化合物都具有很好的结构稳定性、抗氧化性和高温力学性能。这是其他金属化合物所无法比拟的。但是Ti3Al的抗高温氧化性要比TiAl的抗高温氧化差，使用温度也较低；TiAl3的固溶范围比较窄，所以它的室温延展性比较差，这也就导致了它的机械加工性差，这将不利于它的机械加工。TiAl合金在室温下呈脆性，它没有足够的延展性和变形加工性。
钛铝合金的的耐磨性比较低，这是因为钛铝合金的塑性剪切抗力和加工硬化率较低，另一方面是因为钛铝合金的表面氧化物的保护作用很低。该氧化膜在摩擦接触中容易发生脱落，同时当合金所处的工作环境恶劣时它的的耐腐蚀性能也会因此而大大降低，而当钛铝合金工件发生微动磨蚀时，它的疲劳强度会大大降低，这将不利于工件的工作。因此使其在机械产品以及汽车部件中无法大量使用。如果要用钛铝合金做滑动部件，就必须改善其耐磨性[47]。
为了提高钛铝合金的耐磨性，耐蚀性以及抗微动磨损性等目的，对钛铝合金进行表面处理是进一步扩大钛铝合金实用范围的有效途径。钛合金的表面处理技术主要包括电镀、化学镀、阳极氧化、微弧氧化、激光熔覆、离子注入等方法[8]。
TiAl合金的密度低，弹性模量高，除这些优点以外它的综合性能指标还优于传统的高温合金并且钛铝合金的韧性又高于普通的陶瓷材料，它在航空航天方向的发展前景将会十分广大。作为高温材料的代表，钛铝合金现在已经在军用飞机发动机和低压涡轮叶片方面有了应用。
引起TiAl合金部件失效的原因有以下几种：（1)较低的抗损伤能力(2）较低的室温塑性，（3）较低的断裂韧性（4）高裂纹扩展速率。TiAl基金属间化合物能否最终投入实际使用，很大程度上取决于其室温脆性的克服以及其是否具有良好的综合机械性能和优异的高温性能。
钛现在经常被应用于结构材料方面，其主要原因有三个，优异的抗含氯化物液体腐蚀的能力高的比强度和优异的生物相容性。但在使用过程中钛质结构经常受到疲劳载荷的作用，这种载荷将会使得钛质结构产生裂纹。而影响钛铝合金疲劳强度的主要因素主要有显微组织、晶体学结构、表面强化等。
1.2钛铝合金的应用
1.2.1钛铝合金在航空航天以及军事方面的应用
因为钛铝合金拥有优异的综合力学性能以及低密度和良好的耐蚀性，所以，它在航空航天和军事方面有很大的应用。钛铝合金有高的抗拉强度并结合有良好的疲劳强度和断裂韧性，这使得它能够成为航空构架的一部分。而钛铝合金有优异的高温抗拉强度，抗蠕变强度和高温稳定性，这些优异的性能也使的它在于喷气式飞机发动机上占有一席之地[9]。
钛铝合金精铸技术在航空发动机上去得的成就，大大促进了钛和钛合金铸件用量的增长。到20世纪90年代，虽然世界航空发动机钛合金总用量基本在一万吨左右，但钛铸件的比重在明显增加[10]。
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