Ti-Al金属间化合物的力学性能研究.doc

1、Ti-Al金属间化合物的力学性能研究摘要:金属间化合物(irltermetalliccompound)习惯上又称为中间相(inteloediatePhase),是合金中除固溶体之外的第2类重要合金相。按其本来的意义,是指合金相图上在中间成分区域内形成的均质相,其晶体结构一般和组元金属不同,物理、化学和力学性质则与组元金属更是相去甚远。根据结合键的类型,一般可分为离子化合物、共价化合物和金属化合物;也可根据其形成规律和结构、性能特征,分为正常价化合物、电子化合物、间隙化合物和拓扑密堆相(TCP相)。除一部分正常价化合物外,它们一般都具有金属性质。有时也将具有很大成分范围的中间相称为次级固溶体或n

2、类固溶体(seeondsolidsolution),而用金属间化合物一词专指均质范围比较狭窄、化学计量比较简单的中间相,也就是只把在较窄的成分范围内具有同一结构的中间相称之为金属间化合物。一般来说,形成金属间化合物的组元中至少有一种是金属元素。本人通过最近时间的学习，阅读了大量相关文献，并通过具体查询，选取了 NiAl、TiAl 和 基金属间化合物，介绍其脆性和增韧方法，分析其脆性的本质原因及其增韧机理，总结国内外其超塑性试验的试验依据、试验规律和试验方法，并对其宏观试验和微观形貌进行了对比分析，将宏观与微观相衔接。关键词: 金属间化合物,合金化,超塑性 NiA合金,TiAl合金,脆性Ti-A

3、l Study on properties of intermetallic compoundsAbstract:Intermetallic compounds (irltermetalliccompound) is customarily called mesophase (inteloediatePhase), is the alloy in solution of second kinds of important alloy body phase sichuan. According to its original meaning, refers to the alloy phase

4、diagram in the middle component formed in the region homogeneous phase, the crystal structure and component metal, physical, chemical and mechanical properties with the element metal is far more. According to the type of bond, in general can be divided into ionic compounds, covalent compounds and me

5、tal compounds; can also be based on the formation and structure, performance features, divided into normal valence compounds, electron compounds, interstitial compounds and topologically close packed phase (TCP phase). In addition to a part of the normal valence compounds, they generally have a meta

6、l properties. Intermediate commensurate sometimes will also have a large composition range for secondary solid solution or N type solid solution (seeondsolidsolution), and the intermediate compounds of metal refers to homogeneous stoichiometric scope is quite narrow, relatively simple, that is only

7、the same structure with intermediate match of intermetallic compounds in composition a narrow range. In general, the formation of binary intermetallic compounds of at least one kind of metal elements. Through the recent time learning, reading a lot of literature, and through a specific query, NiAl,

8、, TiAl and intermetallic compound selection, introduces its brittleness and toughening method, the essential reason analysis its brittleness and toughening mechanism, summarizes the domestic and foreign experimental basis, its superplastic test rules and test methods on the macro, and test and micro

9、structure were analyzed, the macroscopic and microcosmic cohesion.Keywords: intermetallic compounds, alloy, superplasticity of NiAl alloy, TiAl alloy,brittl目 录1 绪论11.1金属间化合物概诉11.1.1金属间化合物研究概诉11.1.2金属间化合物发展的基本概况11.1.3金属间化合物的发展趋势21.2 金属间化合物的应用21.2.1 金属间化合物结构材料的基本力学性能特征41.2.2 Ni-Al 系金属间化合物研究概述51.2.3 Ti

10、 -Al 系金属间化合物研究概述61.2.4 金属间化合物超塑性研究概述82 金属间化合物的超塑性行为及变形机理112.1 金属间化合物的超塑性112.2 单相组织 NiAl、TiAl 基金属间化合物的超塑性行为112.2.1 及 TiAl单相金属间化合物的超塑性行为122.2.2 B2型(NiAl)单相金属间化合物的超塑性行为122.2.3 单相金属间化合物的超塑性变形机制132.3 双相（多相）NiAl、TiAl基金属间化合物的超塑性行为132.3.1 NiAl 基合金的超塑性132.3.2 TiAl基合金的超塑性132.3.3 超塑性变形机制143 、TiAl、 基金属间化合物的脆性现象

11、和提高塑性的方法163.1 Ni-Al 系金属间化合物163.1.1 NiAl 基金属间化合物的脆性现象163.1.2 改善 NiAl 基合金塑性的途径和方法163.2 基金属间化合物173.2.1 基金属间化合物的脆性现象173.2.2 改善 基合金塑性的途径和方法183.3 TiAl 基金属间化合物203.3.1 TiAl 基金属间化合物的脆性现象203.3.2 改善 TiAl 基金属间化合物室温脆性的途径和方法203.4 基金属间化合物213.4.1 基金属间化合物的脆性现象213.4.2 提高塑性的方法213.5 本章小结224 NiAl、TiAl、 基金属间化合物脆性的本质原因及增韧

12、机理234.1 NiAl 基金属间化合物234.1.1 NiAl 的晶体结构234.1.2 NiAl 脆性的本质原因234.1.3 NiAl 基合金的增韧机理234.2 TiAl 基金属间化合物244.2.1 TiAl 基合金的晶体结构244.2.2 TiAl 脆性的本质原因254.2.3 TiAl 基合金的增韧机理254.3本章小结275 金属间化合物的超塑性试验285.1 NiAl 基合金285.1.1 NiAl 基合金的超塑性试验方法总结及对比分析285.1.2 NiAl 合金的超塑性试验结果总结及对比分析305.2 试验结果315.3 TiAl 基合金325.3.1 TiAl 合金的超

13、塑性试验方法总结及对比分析325.3.2 TiAl 合金的超塑性试验结果总结及对比分析355.4本章小结38结 论39参考文献41致 谢42I1 绪论1.1金属间化合物概诉1.1.1金属间化合物研究概诉金属问化合物为基体的合金或材料是当前正在发展的一种新型金属材料, 以前所有的金属材料都是以相图中端际固溶体为基体。而金属间化合物材料则以相图中间部分的有序金属间化合物为基体。因此, 这是一种完全新的材料, 与传统的金属材料相比有其特点和特殊规律。早在20世纪50年代就已发现金属问化合物具有作为高温结构材料的特殊优点, 许多金属问化合物的强度随温度升高不是连续下降而是先升高后下降,这种强度随温度升

14、高而提高是一种反常的强度一温度关系。这一发现推动了一轮研究热潮,由此在金属间化合物形变特性和强度反常温度关系方面提出了新的理论模型和机制,但是由于金属间化合物材料有严重的脆性, 实用材料研究没有突破。日本研究发现加硼可以大大提高金属间化合物的塑性, 这一工作为解决金属间化合物的脆性问题提供了可能性。由此以美国为代表的先进工业国家, 为了能在世纪保持在航空和航天领域的优势, 大力推动这方面的研究工作, 希望能发展出一种能耐更高温度, 强度更高的新型金属问化合物高温结构材料, 给新一代航空和航天器的发展开辟一个新时代。由于金属间化合物是介于金属合金和陶瓷之间的一类材料,它们的长程有序化使其具有许多

15、优异的机械性能,特别是用作高温结构材料,其优越性更加明显。许多金属间化合物都显示出非常高的屈服强度,并且往往能够维持到很高的温度。等化合物的屈服强度实际上还随着温度的提高而增大,在高达600左右时仍然如此;强烈的原子间键合使其弹性模量很大,一般也能够维持到高温;另外,原子间的牢固键合和复杂排列意味着金属间化合物具有比无序化合金低得多的自扩散系数,从而提高了抗蠕变扩散能力。含有硅和铝等元素的金属间化合物在航空与航天工业中有着广泛的应用前景, 和可望用作燃气涡轮发动机的结构材料,而早就用作燃气涡轮叶片的结构涂层材料了。在硫酸中的优异耐蚀能力使化学工业很感兴趣。1.1.2金属间化合物发展的基本概况以前所有的金属材料都是以相图中边际固溶体为基体,而金属间化合物则是以相图中间部分的有序金属间化合物为基体的一类材料。作为一种具有特殊性能的新型结构材料,从20世纪50年代初就引起了材料科学家的注意,至今已有50多年的研究开发历史1。在最近的10多年中,许多国家的材料科学工作者对解决金属间化合物的脆性缺陷开展了大量的研究工作。由于日本学者首先解决了多晶材料的室温脆性,这一具有开创性的研究成果大大加速了研究开发金属间化合物结构材料的步伐,进而扩展到对Fe一Al,Ti一Al系及另一个Ni一Al系化合