自生Al2O3颗粒强化TiAl基合金组织微细化机理研究

Ceramic particles reinforced TiAl matrix composites have small second phase particles, interface microstructure containing high density dislocations. These microstructures may greatly enhance the dynamic recrystallization behavior during hot deformation and make the TiAl matrix be potentially fine-grained material. In this project, Al2O3 reinforced TiAl matrix composites system is going to be selected as the object of study. The orientation relationships that coexist between the oxides and the TiAl matrix, and the structure and chemistry of metal/oxide interfaces will be investigated. The hot deformation behaviors of Al2O3 reinforced TiAl matrix alloys are going to be studied to clarify the deformation mechanism. Effect of Al2O3 on dynamic recrystallization of γ phase and β phase will be explored, and the effect of deformation parameters on grain refinement will be discussed. The research results would not only provide the important academic value and theoretical significance in enriching the theory of dynamic recrystallization, but also have the practical meaning to provide a new prototype of developping fine-grained TiAl alloys.

陶瓷增强的TiAl基复合材料由于含有第二相颗粒及形成高密度位错的界面结构，有望有效地促进热变形过程中动态再结晶行为，因此，陶瓷增强相增强TiAl基复合材料具备通过热塑性变形制备细晶材料的潜力。然而，目前关于陶瓷增强相增强TiAl合金的热变形行为很少，机理尚不清楚。本项目拟以Al2O3颗粒强化TiAl 基合金为研究对象，研究纳米Al2O3颗粒和TiAl基体之间的晶体学取向关系，及其界面结构和化学本质；在此基础上，采用基于动态材料模型的加工图技术和变形本构关系模型实现该合金变形行为的精确表征；通过形变动力学分析结合微观组织的演化和相变规律，剖析Al2O3颗粒强化TiAl合金的热变形机制，揭示细晶自生Al2O3颗粒强化TiAl基合金的形成规律与条件。本项目的开展不仅对丰富再结晶理论具有重要的学术价值和理论意义，而且有望为开发细晶TiAl合金提供新的技术原型。

陶瓷增强相的TiAl基复合材料由于含有第二相颗粒及形成高密度位错的界面结构，有望有效地促进热变形过程中动态再结晶行为，因此，陶瓷增强相增强TiAl基复合材料具备通过热塑性变形制备细晶材料的潜力。然而，目前关于陶瓷增强相增强TiAl合金的热变形行为很少，机理尚不清楚。.本项目以Al2O3颗粒强化TiAl 基合金为研究对象，研究了纳米Al2O3颗粒和TiAl基体之间的晶体学取向关系，及其界面结构和化学本质；在此基础上，实现了Al2O3颗粒增强TiAl合金变形行为的精确表征。通过形变动力学分析结合微观组织的演化和相变规律，剖析Al2O3颗粒强化TiAl合金的热变形机制，通过深入研究材料的热加工参数对晶粒细化行为的影响，揭示细晶自生Al2O3颗粒强化TiAl基合金的形成规律与条件。通过该项目的开展，主要得到以下结论：.（1）经机械合金化的混合粉末主要由Ti3Al相、TiAl相和少量的Al2O3颗粒相组成。颗粒的平均尺寸随着球磨时间的增加而成一个递减的趋势。.（2）用预合金粉和TiO2经机械合金化后在1200℃SPS烧结10 min成功的原位合成了Al2O3/TiAl基复合材料，烧结后的组织主要包含TiAl和Ti3Al基体相和Al2O3颗粒增强相。另外随着混合粉体机械合金化过程的球磨时间的增加有利于Al2O3在基体晶界处形核，从而使基体中有更多的Al2O3颗粒增强相。.（3）用预合金粉和TiO2经机械合金化后在1200℃SPS烧结10 min原位合成的Al2O3/TiAl基复合材料在机械合金化球磨10 h时的极限抗压强度达到最大值1848 MPa。其硬度值随着球磨时间的增加而变大，最高硬度在球磨20 h时达到了6.2 GPa。.（4）当Al2O3含量增加到0.5wt.％时，复合材料具有最好的综合力学性能，屈服应力为1032±13MPa，断裂强度为2668±15MPa。对于Al2O3/TiAl复合材料，断裂类型主要由穿晶，层状和分层断裂组成。.（5）由于Al2O3颗粒分布均匀，0.5wt.％Al2O3/TiAl复合材料的摩擦系数低于其他TiAl复合材料， TiAl复合材料的磨损机理是磨料磨损和犁沟。.本项目的开展不仅对丰富再结晶理论具有重要的学术价值和理论意义，而且对实现γ-TiAl 基合金性能瓶颈的突破、推动其工程化应用进程具有显著的现实意义。