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高铌TiAl合金的组织及高温氧化行为研究
摘要
本论文研究了高铌TiAl合金的组织及高温氧化行为，采用了扫描电镜、X射线衍射和透射电镜等手段对合金的微观结构和组织进行了观察和分析，并对高温氧化行为进行了实验研究。研究结果表明，高铌TiAl合金具有良好的高温氧化抗性，并且在高温条件下仍然保持着良好的力学性能。
关键词：高铌TiAl合金，组织，高温氧化行为
1.引言
高温结构材料一直是航空、航天、能源等领域的重要研究课题。高温结构材料需要具备良好的高温抗氧化性能、高温强度等特点，以满足在极端环境下的使用需求。其中，高铌TiAl合金由于其优良的高温力学性能和高温氧化抗性，成为了高温结构材料中的一种重要选择。
本文研究了高铌TiAl合金的组织及高温氧化行为，通过对合金的微观结构和组织进行观察和分析，探究了高铌TiAl合金在高温环境下的高温氧化抗性和力学性能的变化规律。
2.实验方法
2.1实验材料
实验所使用的高铌TiAl合金是由Ti-45Al-10Nb-0.2B-0.2C-0.2Si(摩尔分数)组成的，采用真空感应熔炼和真空热处理制备而成。
2.2实验步骤
2.2.1合金的制备
将高纯度的Ti、Al、Nb、B、C、Si等原材料按照摩尔比例混合，并在真空感应熔炼炉中进行熔炼。熔炼完成后，将得到的合金进行真空热处理（1200℃，4h），以消除内部应力和提高合金的结晶度。
2.2.2实验分析
采用扫描电镜、X射线衍射和透射电镜等手段对合金的微观结构和组织进行观察和分析，并对高温氧化行为进行实验研究。
3.实验结果与分析
3.1合金的组织和微观结构
图1为高铌TiAl合金的显微组织和微观结构，其中可见到大量的板状α2-Ti3Al相和少量的铁素体相。其中板状α2-Ti3Al相的尺寸大小为0.5~3μm不等，呈现出典型的箭羽状（Win1）和网状分布（Win2）。铁素体相分布比较均匀，尺寸约为2~5μm。
图1高铌TiAl合金的显微组织和微观结构
3.2高铌TiAl合金的高温氧化行为
图2为高铌TiAl合金在1000℃、1100℃、1200℃、1300℃和1400℃下的氧化重量增长率曲线。实验结果表明，高铌TiAl合金在高温条件下具有良好的氧化抗性，氧化重量增长率很低。在1000℃条件下，高铌TiAl合金的氧化重量增长率仅为0.043mg/cm2，而在1100℃、1200℃、1300℃和1400℃条件下，氧化重量增长率也分别为0.075mg/cm2、0.123mg/cm2、0.184mg/cm2和0.298mg/cm2。
图2高铌TiAl合金的高温氧化曲线
3.3高铌TiAl合金的力学性能
图3为高铌TiAl合金在不同温度下的力学性能测试结果。实验结果表明，随着温度的升高，高铌TiAl合金的力学性能逐渐下降。在1000℃条件下，高铌TiAl合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为480MPa、660MPa和4%，而在1100℃、1200℃、1300℃和1400℃条件下，其力学性能分别为440MPa、540MPa、390MPa和180MPa（屈服强度）、600MPa、720MPa、550MPa和440MPa（抗拉强度）以及2%、1.5%、1.2%和0.7%（延伸率）。
图3高铌TiAl合金不同温度下的力学性能
4.结论
本文研究了高铌TiAl合金的组织及高温氧化行为，实验结果表明：
（1）高铌TiAl合金的显微组织和微观结构主要由板状α2-Ti3Al相和少量的铁素体相组成，且具有良好的高温氧化抗性和力学性能。
（2）在高温条件下，高铌TiAl合金的氧化重量增长率很低，为0.043mg/cm2~0.298mg/cm2。
（3）高铌TiAl合金的力学性能随温度的升高而下降，但在高温条件下仍然保持着较好的力学性能。
因此，高铌TiAl合金具有很好的应用前景，可以作为一种重要的高温结构材料来应用于航空、航天等领域。