Microstructure, tensile properties and fracture behavior of high-Nb TiAl composites reinforced by nitrogen solid solution and in-situ boride

材料科学 硼化物 层状结构 微观结构 固溶强化 材料的强化机理 复合材料 复合数 极限抗拉强度 烧结 合金 固溶体 粒度 冶金
作者
Dingbang Sun,Yingchao Guo,Yongsheng Wang,Yongfeng Liang,Junpin Lin
出处
期刊:Journal of materials research and technology [Elsevier]
卷期号:29: 3117-3125 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jmrt.2024.02.077
摘要

TiAl-based composites have broad application prospects in the aerospace and automotive fields due to their excellent high-temperature properties. In this study, the B/N synergistic effect on microstructural evolution, mechanical properties and fracture behavior was investigated by addition of nano-BN particles to Ti-46.8Al-8.0Nb alloy (at%). It was found that the B reacted with the Ti and Nb in the high-Nb TiAl matrix to form needle-shaped borides of TiB, TiB2 and NbB, which in turn reduced the lamellar colony size by inhibiting the movement of grain boundaries during the sintering process, while the N atoms diffused into the octahedral interspaces of the γ and α2 lattice. The lamellar colony size can be greatly reduced from 351 ± 144 μm to 44 ± 10 μm. The as-sintered microstructure can be gradually transferred from fully lamellar (FL) to dual phase (DP) with increment of nano-BN content. Composite containing 0.75 at% nano-BN exhibit the highest ultimate tensile strength at room temperature, reaching 660 ± 12 MPa. At high temperatures, the composite containing 1.50 at% nano-BN exhibits the highest ultimate tensile strength, reaching 517 ± 9 MPa. The mechanism of improved mechanical properties is attributed to grain refinement strengthening, thermal mismatch strengthening, Orowan strengthening, solid-solution strengthening.
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