TiAl金属间化合物微结构研究.pdf

摘 要 摘 要 本文利用 X一射线衍射分析、常规透射电子显微术、高分辨透射电子显微 术和晶界计算机模拟计算，对 认川 金属间化合物的显微组织结构及其晶界原 子结构进行了研究。其中包括对熔融甩带法快速凝固TiAl基合金结构表征，TiAl 基金属间化合物的界面原子结构模型，以及氢对Ti3Al基合金微结构的影响等 方面的研究。 一丫对熔融甩带法处理的Ti-54A1(at0/u)合金的显微组织结构研究结果表明，这 种处理方法可以显著细化合金组织，得到细小的近等轴丫晶粒(约为Ilxm左右)。 在y晶粒间分布少量。2晶粒。X一射线衍射分析表明在9280C退火。，相开始转变 为Y相。急冷合金经10000C,60min退火，常规电镜分析发现Y相晶粒没有明显 长大，证明这种组织结构具有一定的稳定性。在退火处理后的合金中发现有微 量Ti2A1相存在。Ti2Al相呈棒状，分布在Y相晶界处，与y相基体间晶体取向关 系为[110)rAi//[11201r2Ail(111)二^./40001)ri2A1 详细研究了急冷和急冷后退火处理后 Ti-54AI合金中的界面原子结构，发 现:在急冷Ti-54AI合金中存在一种不对称E=3,[1101(111)晶界，两晶粒间 取向关系与Y(1111m]孪晶中的两晶体取向关系相同，晶界面平行于两晶体的 (川)面，其中一晶粒中的Ti原子以晶界面为反映面与另一晶粒中的AI原 子对称，AI原子则与Ti原子对应。计算机模拟证明这种孪晶的能量高于对称 晶界的能量，这是合金急冷过程中形成的亚稳态结构。 在急冷一退火处理y-TiAl合金中发现存在一种非对称倾斜晶界，晶界取向为 [lolp[1101,(l5丁)//(丁11)，晶界面平行于上晶的(1亏丁)晶面或平行于下晶的 (丁11)晶面。这个晶界是一个伪E=3晶界。晶界结构单元理论成功地被用来表 征这个晶界的结构特征，在这个晶界上存在有畸变的五边形和四边形两种晶界 结构单元，这两种结构单元在晶界上交替排列。晶界原子有明显的弛豫现象。 根据Farkas建立的Ti-Al间原子势对此晶界进行了分子静力学弛豫计算，弛豫 计算结果表明这个晶界是处于平衡态的低能晶界。 摘 要 研究了y-TiAl合金中的一个小角晶界结构，发现晶界上分布周期性1/2[1101 位错列，位错分布符合Frank小角晶界公式，晶界位错核心没有分解展宽。 高分辨电镜观察表明y-TiA晶体中的E=1,[100](011)晶界具有对称晶界原 子结构。一个与E=1[100](011)晶界存在小角度偏差的晶界被观察到，发现 在晶界上存在周期性分布的1/2[110]位错，晶界位错排布与偏离角之间符合小 角晶界Frank关系，可以认为这是一个以E=1[100](011)晶界为基础的小角 晶界。 研究了氢对Ti,Al基合金微观组织结构的影响。渗氢处理不仅能够促使Ti,Al 合金中的B2相转变为O相，而且在。相中形成了b.c.t结构的(Ti2AiNb)Hx氢 化物。氢化物呈片状，晶格常数为a=0.318nm,c=0.419nrno氢化物与O相基 体R的晶体学取向关系为:[OOl]T(i2AINb)Hx//[100]p,(110)T(i2ANIb)Nx//(001)00 渗氢一除氢处理可使Ti,Al基合金组织发生细化。氢处理能够改善合金微观 组织，是因为以下两点原因:首先氢作为临时合金元素在O相基体中以氢化物 形式析出，这种氢化物呈平行片状垂直于O相板条方向将 O相板条分割，除 氢Hf蔓化物分解，使O相碎化。其次，除氢时O相发生回复再结晶，从而改 善组织卜 关键词:Ti-Al金属间化合物，显微组织结构，晶界原子结构，高分辨电子显 微术，分子静力学计算，氢处理，氢化物 Absrtact Abstract Bymeansofhigh-resolutiontransmissionelectronmicroscopy(HREM), analysistransmissionelectronmicroscopy(ATEM),X-raydiffraction,aswellas molecularstatics(MS)simulatio