TiAl合金的高温氧化行为研究(2)

菜单

参考文献 24

致谢 25

1 绪论

1.1 高温合金

高温合金是一种以铁、钴、镍为基体,在600℃高温和一定应力下工作很久很久时间的金属材料。其具有较高的塑性、高温强度、断裂韧性，同时具有良好的抗氧化和热疲劳性能、抗热腐蚀性能，良好的组织稳定性和可靠的使用性。高温合金一般为单奥氏体基体,稳定性好,可靠性高,在任何温度下都具有上述性能,合金化程度和合金综合性能都是非常高的,所以在英国被称为超级合金。（Superalloy）。超耐热合金典型的组织基体是奥氏体，在这些奥氏体基体上，碳化物、金属间化合物等强化相弥散分布在上面。高温合金的温度达到约950℃,然而,普通法得到的等轴晶合金的高温性能的改善接近极限。合金化程度的提高不仅加剧了合金的凝固偏析,而且增加了有害相的析出倾向,使合金长期使用不稳定,力学性能变差。后来又发明了定向凝固工艺,它可以用来生产镍基合金柱涡轮叶片,最后叶片的工作温度升高了约50摄氏度,极大地促进了高温合金的发展[1]。论文网

高温材料例如常用的镍基高温合金是当下应用在许多要求有机械强度和耐氧化性的高温环境当中。以前的高温合金的强化大部分依靠和合金元素的固溶强化和碳化物及质点弥散强化，新型的高温合金主要是连续排列有规则性而且同时具有L12 结构的γ ′第二相的沉淀强化。这种类型的强化相具有优秀的抵抗高热的性能，其强化的显著性效果在一些新型镍基高温合金中已经得到了应用[2]。起初的高温合金,主要用于现代飞机发动机,先进的航空发动机,高温合金材料占40%的发动机总量，60%在航空发动机中,主要用于高温合金的四个热端部件,即:导叶、涡轮叶片和涡轮盘和燃烧室[3]。除了航空发动机,高温合金或火箭发动机和燃气轮机热端部件的不可缺少的材料,所以提高此类合金的承温能力和高温下抗氧化能力是主要的研究目标。高温合金的使用非常重要,高温合金的质量太高,其他金属无法检测到。高温合金外观质量要求外形轮廓、尺寸精度、表面缺陷清理方法等。高温合金的内在质量要求包括化学成分、合金结构、理化性能等。除主要元素外,高温合金的化学成分对氢、氧、氮、杂质、微量元素、铅、铋、锡、锑、银、砷等有一定的要求[4]。为了进一步保持合金的组织稳定性，不仅对合金铸态、加工态或热处理状态进行上述力学性能测定，而且合金经高温长期时效后仍需进行相应的力学性能测定。合金成分、熔炼工艺和热处理制度等因素同样也能影响高温合金的抗氧化性能。所以通过合理添加合金元素的含量来改变高温合金的抗氧化性能是相对通用方便简单的一种方法，所以许多科研学者都根据这条研究思路来研究。根据已有的研究数据表示，合金元素中的Cr、Ti 等显著作用于高温合金的氧化行为。因此，本文根据定向制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb基高温合金，通过820℃、920℃ 长达1h和10h 的两组氧化试验，研究Cr、Nb 含量对TiAl基合金等温氧化性能的影响特性，探究Cr、Nb在氧化阶段对合金氧化行为的作用机理，研究TiAl基合金的高温氧化行为，为进一步提高高温合金的抗氧化能力提供理论依据和实验基础[5]。自20世纪70年代以来，高温合金在原子能、能源、交通、石化、冶金矿山、玻璃建材等工业领域得到了广泛的应用[6]。高温合金的分类通常为两大类：高温合金和金属间化合物高温材料。金属间化合物高温材料分为镍铝系金属间化合物高温材料和钛铝系金属间化合物高温材料。高温合金按照元素分类常用的高温合金有铁基、镍基和钴基3种。文献综述