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摘要通过光学浮区晶体生长装置对 Ti-45Al-8Nb 合金进行定向凝固，来获得多孪晶合成PST 单晶。利用 OM、SEM 和 EDS 等分析测试手段研究了定向凝固 TiAl 合金的组织演化规律。结果表明，在定向凝固过程中，高 Nb-TiAl 合金的组织沿生长方向主要分为三部分：初始的等轴晶区，竞争的柱状晶区，稳定的单晶区；由于高 Nb 的添加，会使合金片层中存在大量的富 Nb-β偏析相；通过 1250℃/24h＋900℃/30min＋空冷的热处理工艺能有效的消除定向凝固的β偏析。室温力学测试表明，高 Nb-TiAl 合金 PST 单晶的力学性能与片层取向密切相关，当片层取向平行于载荷方向时，可以得到最佳的塑性和强度的综合力学性能。26733
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毕业论文关键词 Ti-45Al-8Nb合金 定向凝固 单晶 力学性能
Title Directional solidification high Nb-TiAl alloy microstructure and Mechanical properties
Abstract
Directional solidification of Ti-45Al-8Nb alloy were investigated by four mirror
optical floating zone furnace to get TiAl polysynthetic twinned crystal（PST）
single crystal. OM,SEM,EDS and other analysis were used to study the microstructure
evolution of the directionally solidified TiAl alloys. The results showed that
high Nb-TiAl alloy structures along the growth direction after the directional
solidification process mainly pided into three parts: initial equivalent
crystals, competitive columnar crystals and stable single crystal.There are much
Nb-rich β segregation exist in alloy lamellar due to the addition of high Nb.
The 1250℃/24h＋900℃/30min＋air cooling heat treatment process can eliminate the
β segregation generated during the directional solidification process. Room
temperature mechanical tests showed that the mechanical properties of high Nb-
TiAl alloy PST single crystal is closely related to the lamellar orientation, and
the ductility and strength can get a good balance when the lamellar orientation
is parallel to the loading direction.
Keywords Ti-45Al-8Nb alloys directional solidification single crystal mechanical properties
目 次
1 引言 （或绪论） 1
1.1 TiAl 合金概述1
1.2 合金化对性能的影响3
1.3 TiAl 合金的显微组织和性能4
1.4 定向凝固技术6
1.5 本文的主要研究工作10
2 实验方法11
2.1 实验方案11
2.2 实验材料11
2.3 实验设备和方法12
3 高 Nb-TiAl 合金定向凝固组织17
3.1 引言17
3.2 高 Nb-TiAl 合金组织分析17
3.2.1 高 Nb-TiAl 合金定向凝固的微观和宏观组织17
3.2.2 热处理对偏析的影响18
3.3 本章小结21
4 高 Nb-TiAl 合金单晶力学行为22
4.1 引言22
4.2 室温压缩力学性能22
4.3 0°片层取向室温拉伸性能25
4.4 本章小结27
结论 28
致谢 29
参考文献30
1 绪论
1.1 TiAl合金概述
航天航空技术的发展对发动机的性能提出了更大的要求，不仅要减轻发动机的重量，还
要提高其性能，例如比强度，抗蠕变性能以及高温抗氧化性等。金属间化合物因为同时具有
金属的韧性和陶瓷的高温性能，是 650-1000℃下使用的最佳候选高温结构材料，具有很大的
发展潜力，近年来得到了广泛的关注[1]。几十年来，为了实现高温金属间化合物结构材料在
航天航空方面的应用，各国学者进行了大量的研究[2-4]。而其中 TiAl 合金作为一种新型轻质
高温金属间化合物，具有低密度（约 4g/cm3，Ni 基高温合金约8g/cm3）、高比强度、高比弹
性模量、良好的抗蠕变、抗氧化和抗烧蚀能力等优势，被认为是航空航天领域里一种非常有
潜力的高温结构材料[5-6]。图 1.1 所示为结构材料及金属间化合物比强度随温度的变化[7]。从