開題報告(畢業(yè)設(shè)計)

一、文獻綜述（課題來源及目的、工程概況、國內(nèi)外設(shè)計方法現(xiàn)狀及趨勢，要求詳細列出參考文獻）1.項目來源：省科技攻關(guān)項目《高強度高塑性高Nb-TiAl合金研究》項目研究目的與意義：處于金屬和陶瓷之間的金屬間化合物是當(dāng)前材料科學(xué)工作者和航天航空工業(yè)設(shè)計部門熱衷的尖端材料之一。目前，TiAl化合物應(yīng)用的最大障礙是室溫時脆性、難變形加工性及850以上的抗氧化性不足。近來出現(xiàn)了一種可在1000~1200工作的新型金屬間化合物的研究趨勢[5]。TiAl化合物加入高含量、高熔點過渡族元素Nb、Zr、Hf和Ta,成為該趨勢的主流。Nb元素的加入是提高TiAl合金高溫性能的最有效合金化手段之一。高鈮鈦鋁合金利用高熔點組元Nb提高合金的熔點(約100℃)和有序化溫度,可明顯提高合金的使用溫度,易于通過調(diào)整組織改善性能,改善高溫強度、抗氧化能力以及合金的蠕變性能,但是Nb含量增加過量,合金中會出現(xiàn)β相,從而損害合金的力學(xué)性能,所以添加其他合金元素是一種有效的措施,W就是其中最重要的一種。W對普通TiAl合金具有很強的固溶強化作用,能提高界面結(jié)構(gòu)和組織穩(wěn)定性,并能提高普通TiAl合金的抗氧化性,降低合金的層錯能及位錯的攀移速率,另外由于W溶質(zhì)擴散能力極低,能提高合金蠕變性能。在高鈮鈦鋁合金中添加W除有上述作用外,還能改變高鈮鈦鋁合金的鑄態(tài)組織,但不能改變熱加工組織和溫度對其力學(xué)性能的影響;此外還能提高高鈮鈦鋁合金的室溫及高溫強度,降低強度隨溫度下降的速率,提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度,但對室溫塑性影響不大。除W外,添加微量間隙元素B,B也能提高合金的力學(xué)性能。微量B對高鈮鈦鋁合金沒有明顯的強化作用,但是B在合金中與Ti反應(yīng)生成TiB2,形貌為條狀或點狀,細化了高鈮鈦鋁合金原始片層團晶粒,對改善合金的室溫塑性有利。添加微量V對一些合金的晶粒有明顯的細化作用。為了進一步提高高鈮TiAl合金的綜合性能，本實驗擬采用合金熔煉過程引入微量元素V，研究其對高鈮TiAl合金組織結(jié)構(gòu)的影響，并對其作用機理進行探討。期望為高鈮TiAl系合金的工程應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。高鈮TiAl合金的脆性的基本原理Ti-Al金屬間化合物由于其高的比強度、比彈性模量，良好的抗氧化、抗蠕變性能，優(yōu)良的高溫強度、剛度及低的密度等，成為一類最具有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。但是，金屬間化合物所固有的室溫形變能力(即室溫脆性)低，嚴重阻礙了TiAl合金的實用化進程。本文綜述了對Ti-Al金屬間化合物室溫脆性的研究進展，討論了它的形成原因，并重點從電子結(jié)構(gòu)層次闡述了金屬間化合物產(chǎn)生室溫脆性的原因，提出了從各個結(jié)構(gòu)層次綜合改善室溫脆性的具體措施和實現(xiàn)途徑（1）成分對脆性的影響合金成分的改變對TiAl合金組織和性能的影響至關(guān)重要，TiAl合金具有較寬的成分范圍，單相γ-TiAl存在的成分(原子分數(shù),以下同)范圍為(48%-56%)Al，雙相γ-TiAl基合金存在的成分范圍為(47%-49%)Al，現(xiàn)在所研究的TiAl基合金集中在(46%-52%)Al。許多研究表明，TiAl合金的延性在Ti-48%Al附近達到最大值，富鈦合金延性大于富鋁合金，在雙相合金中加入適量有利的合金元素可在一定程度上改善TiAl的脆性，而當(dāng)合金中雜質(zhì)含量達一定量時，會使性能大大降低。組織結(jié)構(gòu)對脆性的影響目前廣泛研究的Ti-Al合金主要為由TiAl和Ti3Al組成的雙相合金，單相TiAl合金具良好的環(huán)境抗力，但是其塑性和韌性比雙相合金低[15]，因而說明少量的Ti3Al(α2)相的存在有利于改善脆性。這是由于α2相對氧的溶解度大于γ相，可以從γ相中吸收氧，使γ相中氧的含量降低，減小間隙原子的有害作用。雙相合金根據(jù)各相形貌和含量不同，又可分為3種類型：全片層組織，近γ晶和雙態(tài)組織。近γ晶由粗大的γ晶粒組成，含有少量的α2晶粒，性能較差。全片層組織全部由γ和α2板條組成的粗大的晶粒構(gòu)成，具有較好的斷裂韌性，但延性很差。有研究表明，通過細化晶粒，可以提高全片層組織延性而斷裂韌性變化較小，因此設(shè)計一種工藝方法減小片層組織的長大速度，有可能獲得斷裂韌性和延性最優(yōu)組合的全片層合金。雙態(tài)組織由細小的片層組織和較細的γ晶組成，雙態(tài)組織在保持較高強度的同時，其延性達到最佳值，但是其斷裂韌性較差。Ti-Al金屬間化合物由于其高的比強度、比彈性模量，良好的抗氧化、抗蠕變性能，優(yōu)良的高溫強度、剛度及低的密度等，成為一類最具有發(fā)展前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。但是，金屬間化合物所固有的室溫形變能力(即室溫脆性)低，嚴重阻礙了TiAl合金的實用化進程。本文綜述了對Ti-Al金屬間化合物室溫脆性的研究進展，討論了它的形成原因，并重點從電子結(jié)構(gòu)層次闡述了金屬間化合物產(chǎn)生室溫脆性的原因，提出了從各個結(jié)構(gòu)層次綜合改善室溫脆性的具體措施和實現(xiàn)途徑。4.高鈮TiAl高溫合金的研究現(xiàn)狀與展望:TiAl合金的研究始于20世紀(jì)50年代,經(jīng)過多年的研究,取得了大量的研究成果,目前已經(jīng)進入實用化階段?，F(xiàn)在已可以生產(chǎn)TiAl合金鑄錠、鍛件、擠壓件和薄板材,是一種具有巨大應(yīng)用潛力的輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料,有望用于制作旋轉(zhuǎn)件或擺動零部件。如航空航天器發(fā)動機葉片以及車用發(fā)動機的排氣閥和增壓器渦輪轉(zhuǎn)子等。TiAl合金的一般特性包括:①密度低,僅為4g/cm3;②剛度高,20℃時,E=175GPa(鈦基合金為120GPa,鎳基合金為200GPa);③在750℃下具有高的高溫強度和優(yōu)良的耐氧化性;④低的線膨脹系數(shù)和高的熱傳導(dǎo)性。然而,常規(guī)的TiAl合金尚不能滿足在760～800℃高溫下的使用要求。TiAl合金的高溫強度非常敏感于應(yīng)變速率,其位錯的滑動和攀移、孿晶的開動具有強烈的熱激活特性,所以開發(fā)使用溫度更高的新型超強金屬間化合物已經(jīng)成為金屬間化合物的發(fā)展方向。高鈮TiAl合金體系利用高熔點組元Nb提高合金的熔點和有序化溫度,從而提高合金的使用溫度至850℃以上,同時兼有密度小、晶體結(jié)構(gòu)簡單和易于通過組織控制改善性能的優(yōu)點。研究高溫下強度高、抗氧化性能好的高鈮TiAl合金已經(jīng)成為新型超強金屬間化合物的重要發(fā)展方向之一參考文獻[1]大尺寸高鈮鈦鋁合金鑄錠的組織，鑄造，2005,07.[2]張偉,劉詠,黃勁松,劉彬,賀躍輝，高鈮TiAl高溫合金的研究現(xiàn)狀與展望.稀有金屬快報.2007,06.[3]史耀君,杜宇雷,陳光，高鈮鈦鋁基合金研究進展.稀有金屬2007,12.[4]彭凌劍王艷麗林均品陳國良,鑄造高鈮TiAl合金雙態(tài)組織轉(zhuǎn)變過程.北京科技大學(xué)學(xué)報.2007.03.[5]李書江,王艷麗,林均品,林志,陳國良.高鈮鈦鋁合金的制備工藝[J].航空材料學(xué)報,2004,12.[6]劉自成,林均品,陳國良.添加W對高鈮TiAl合金組織和力學(xué)性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報,2001,07.[7]ChenGL,ZhangLC.DeformationmechanismatlargestrainsinaHigh-Nb-containingTiAlatroomtemperature[J].MaterialsScienceandEngineeringA,2002,329-331:163.[8]ZhangWJ,DeeviSC,ChenGL.OntheoriginofsuperiorhighstrengthofTi245Al210Nballoys[J].Intermetallics,2002,10:403.[9]LiuZC,LinJP,LiSJ,ChenGL.EffectsofNbandAlonthemicrostructuresandmechanicalpropertiesofhighNbcontainingTiAlbasealloys[J].Intermetallics,2002,10(7):653. [10]MaziaszPJ,RamanujanRV,LiuCT,WrightJL.EffectsofBandWalloyingadditionsontheformationandstabilityoflamellar[J].Intermetallics,1997,5:83.[11]BeddoesJ,ZhaoL,WallaceW.Hightemperaturecompressionbehaviourofneargamma2titaniumaluminidescontainingadditionsofchromiumortungsten[J].MaterialsScienceandEngineeringA,1994,184:L11.[12ZhangLC,ChenGL,YeHQ.SubstructuresofdeformationtwinsandtwinintersectionsinaTi245Al28Nb22.5Mnalloyheavilydeformedatroomtemperature[J].MaterialsScienceandEngineer2ingA,2001,299:267.二、研究目標(biāo)與主要內(nèi)容研究目標(biāo)：研究釩對高鈮鈦鋁合金組織的影響。主要內(nèi)容：一般認為在TiAl合金中V是提高室溫塑性和形成β的元素。本實驗擬在高鈮TiAl合金加入元素V，研究其對組織結(jié)構(gòu)的影響，以期望能夠使高鈮鈦鋁合金在室溫下的塑性有所提高。本文首先通過真空非自耗熔煉爐制備了含2%V同時還有W或B的高鈮TiAl合金鑄錠，然后通過金相觀察分析了合金的組織。三、擬采取的技術(shù)路線研究方法：1、利用觀察金相組織來研究釩對高鈮鈦鋁合金組織的影響。(1)熔煉合金。(2)觀察合金的金相組織。技術(shù)路線：設(shè)計合金成分——加入釩的高鈮鈦鋁合金熔煉——合金切割——磨晶相——觀察合金組織——通過金相組織來觀察加入釩后對高鈮鈦鋁合金組織的影響。四、工作進度安排（內(nèi)容、步驟、時間）時間內(nèi)容-2012.1.15翻譯外文資料、課題調(diào)研2.15-2.28畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告3.1-3.10開題報告3.11-5.4進行試驗研究5-5-5.19撰寫畢業(yè)論文,修改5.14-5.24畢業(yè)論文形式審查5.25-5.31分組答辯6.1-6.4畢業(yè)設(shè)計（論文）修改、復(fù)答辯五、預(yù)期成果及主要特點預(yù)期成果：1.V能夠提高高鈮鈦鋁合金在室溫下的塑性。2.含B會造成凝固組織中含有細線狀硼化物，能細化晶粒。主要特點：利用