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摘 要

本文首先介绍了钛铝合金的国内外发展现状和各种性能优势以及热处理方法，然后在Ti-Al-Zr合金1273 K下三元相图中选取八种不同Zr含量的成分点。根据成分点熔炼出不同Zr含量的钛铝合金，通过对八种不同Zr含量的合金分别进行金相显微观察、硬度测试、XRD分析、DSC分析，来比较不同Zr含量的钛铝合金的组织与性能区别，从而探究Zr元素对钛铝合金稳定性与组织的影响，同时也学习各种仪器的使用方法和注意事项。实验结果可以看出：Al含量越低，显微镜下的晶界越明显；Al含量越高，晶界越不容易被腐蚀；Al含量相同时，Zr含量越多，晶粒越细，晶界越明显；相同Zr含量下，Al含量越高，合金硬度越大；Al含量越低，相变点温度越高，合金的工作温度上限越高。

关键词：钛铝合金 热处理 Zr元素 相变点

The effect of Zr on the stability and microstructure of TiAl alloy

Abstract

In this paper, the development status, advantages and heat treatment methods of titanium aluminum alloy at home and abroad are introduced. Then, eight different Zr contents were selected in the three phase diagram of Ti-Al-Zr alloy at 1273 K. Smelting of TiAl alloy with different Zr content based on component points. Metallographic microscopy, hardness testing, XRD analysis and DSC analysis were carried out to compare the microstructure and properties of titanium aluminum alloy with different Zr content, So as to explore the effect of Zr elements on the stability and microstructure of Ti Al alloy. At the same time, we also learn the usage and precautions of various instruments. The results of the experiment can be seen as follows: The lower content of the Al, the grain boundary is more obvious under the microscope; The higher the content of Al, the less easily the grain boundary is corroded; When Al content is the same, the more Zr content is, the finer the grain is, the more obvious the grain boundary is. Under the same Zr content, the Al content is higher, the hardness of the alloy is greater. The lower the Al content is, the higher the phase transition temperature is and the higher the upper limit of the working temperature of the alloy is.

Keywords: TiAl alloy;Heat treatment;Zirconium;Transformation point

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 TiAl合金的物理性质及相图 1

1.2.1 TiAl合金的概念 1

1.2.2 TiAl合金的物理性质 1

1.2.3 TiAl合金的二元系相图 2

1.2.4 TiAlZr合金在1273K下的三元系相图 2

1.2.5 TiAl合金的晶体结构 3

1.2.6 TiAl合金的组织形貌 3

1.3 TiAl合金的制备和热处理工艺 4

1.3.1 钛铝合金制备加工技术 4

1.3.2 TiAl合金的熔炼方法 4

1.3.3 TiAl合金的热处理工艺 4

1.3.4 TiAl合金的热稳定性及影响因素 5

1.4 添加元素对TiAl合金的作用 5

1.4.1 镁元素的添加 5

1.4.2 钒元素的添加 5

1.4.3 锰元素的添加 5

1.4.4 锆元素的添加 5

1.5 本课题的研究意义 6

第二章 实验材料及方法 7

2.1 研究方案 7

2.2 实验材料及设备 7

2.2.1 实验材料 7

2.2.2 实验设备 8

2.3 试样制备 13

2.3.1 合金熔炼 13

2.3.2 线切割 14

2.3.3热处理 14

2.4 试样磨制与性能测试 14

2.4.1 金相试样镶嵌与磨抛 14

2.4.2 金相显微观察 15

2.4.3 硬度测试 15

2.4.4 X射线衍射分析 15

2.4.5 DSC分析 16

第三章 实验结果与分析 17

3.1 不同Zr含量的TiAl合金的金相组织观察 17

3.2 不同Zr含量的TiAl合金的硬度测量 22

3.3 不同Zr含量的TiAl合金的XRD图谱 23

3.4 不同Zr含量的TiAl合金的DSC曲线图 28

第四章 结论与展望 32

4.1 结论 32

4.2 展望 32

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

1.1 引言

钛由于其综合性能优良，用途广泛，被称作是正在崛起的“第三金属”^[1,2]，但是纯钛的应用范围却不广。钛合金具有多方面的优点，因此应用范围十分广泛，正是集众多优良性能于一身，使钛合获得了“全能”的美誉^[3,4]。随着科技发展，人们迫切需要高温综合性能更优异的材料^[5,6,7]。由于目前的合金密度大，因此人们对高比强度，高比模量等综合性能良好的轻质材料提出迫切需求^[8,9]。

而TiAl合金则具有很高的熔点，这使得其可以在高温下工作，同时钛铝合金的高强度低密度等优点使在未来轻质耐热材料方面有着大好的前景^[10]。尤其是在在航空、航天领域，TiAl合金具有独一无二，无可取代的优势。

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