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含Mo高铌TiAl合金高温变形行为及组织性能研究

作　者: 李新安
导　师: 徐文臣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TiAl基合金热压缩热加工图包套挤压变形机制断裂机制
分类号: TG132.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

TiAl合金作为一种新型轻质耐高温材料,具有优异的高温力学性能(兼有金属的高温韧性和陶瓷的高温性能),低密度、良好的抗氧化性和抗蠕变性、优异的高温强度等显著的优点,使其成为发动机耐热结构件的优秀候选高温结构材料之一,具有很好的工程化应用潜力。虽然TiAl合金具有很多优异的性能,各国也在TiAl合金的制备、加工方面取得了丰硕的研究成果。但是TiAl合金中存在着可动位错数量少、超位错柏氏矢量大和位错交滑移难等问题,这些问题的存在使TiAl合金的热加工性差、室温塑性低,制约了TiAl基合金工程化应用。因此,必须对TiAl基合金高温变形行为和机制进行深入研究为TiAl基合金的热加工提供指导。本文利用高温热压缩模拟实验对Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金高温塑性变形行为及其组织演变规律进行了研究,并绘制了其热加工图。并在热模拟在热模拟实验结果的指导下进行了Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的包套挤压。热压缩模拟的实验结果表明Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的应力是正应变速率、负温度敏感的。Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的热变形激活能Q=385.107 KJ/mol。Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的在热加工过程的初期是的变形机制是以层片晶团附近的γ相的位错滑移和孪生为主,不稳定的β相的滑移起协调变形的作用。变形量增大到一定程度后,材料变形主要是以动态再结晶γ晶粒内部的位错滑移为主,β相的滑移为辅。铸态的Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的流变软化主要依靠γ相的动态再结晶和β相的动态回复进行。根据能量耗散效率η将热加工图分为安全区域和流变失稳区域。根据热加工图确立了包套挤压比较合理的工艺参数,并分析了不同区域的变形机制。测定了铸态和挤压态的室温、高温拉伸性能,并进行了对比实验结果表明热挤压后合金的性能获得了很大的提升。另外,对铸态和挤压态的合金的拉伸试样的断口进行了分析,结果表明铸态和挤压态合金的室温断口受显微组织的影响。铸态对应着穿层片解理断裂,而挤压态对应着沿晶断裂。温度超过脆性-韧性转变温度之后,铸态和挤压态的断裂机制都发生了改变。铸态由低温的穿层片解理断裂过渡为准解理断裂,并带有极少量的韧性断裂的特征。而挤压态则由沿晶断裂过渡到韧性断裂。引入的不稳定的β相,改善了合金的热加工性能。但是合金的室温较未引入β相的合金的室温塑性差。为了改善合金的室温塑性,对挤压后的合金进行了热处理探索性实验,确立了比较合理的热加工工艺参数,测定了热处理后的合金的室温拉伸性能,对拉伸断口进行分析。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 引言  11-12
  1.2 TiAl基合金的组织性能  12-16
    1.2.1 TiAl基合金的相图和相变  12-13
    1.2.2 TiAl合金的显微组织控制  13-15
    1.2.3 TiAl基合金显微组织对性能的影响  15-16
  1.3 TiAl基合金的热加工现状  16-17
    1.3.1 包套挤压研究现状  16-17
    1.3.2 包套锻造研究现状  17
    1.3.3 等温锻造研究现状  17
  1.4 TiAl合金热变形行为的研究现状  17-18
  1.5 热加工图的研究及应用  18-21
    1.5.1 热加工图理论基础  18-20
    1.5.2 材料塑性失稳判据  20
    1.5.3 热加工图的应用  20-21
  1.6 课题的研究意义及研究内容  21-23
第2章材料制备和实验方法  23-27
  2.1 实验材料的制备  23
    2.1.1 铸锭的制备  23
    2.1.2 铸锭的热等静压  23
  2.2 实验方法  23-27
    2.2.1 Gleeble热模拟实验  23-24
    2.2.2 包套挤压实验  24
    2.2.3 热压缩实验的显微组织分析和相分析  24-25
    2.2.4 热处理实验  25
    2.2.5 拉伸性能测定及断口分析  25-27
第3章 Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金热变形行为研究  27-44
  3.1 引言  27
  3.2 热变形的动力学模型  27-28
  3.3 真实应力-真应变曲线及其规律  28-30
  3.4 变形条件对真应力-真应变曲线的影响  30-32
    3.4.1 应变速率对真应力-真应变曲线的影响  30-31
    3.4.2 温度对真应力-真应变曲线的影响  31-32
  3.5 Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的热加工图  32-34
  3.7 热压缩过程中的组织演变  34-39
    3.7.1 变形温度对微观组织的影响  34-36
    3.7.2 变形温度对微观组织的影响  36-38
    3.7.3 应变速率对微观组织的影响  38-39
  3.8 热压缩过程中的变形及软化机制分析  39-42
  3.9 本章小结  42-44
第4章 Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金组织性能的研究  44-64
  4.1 引言  44
  4.2 挤压态合金的制备  44-45
  4.3 挤压后合金显微组织分析  45-46
    4.3.2 挤压态合金的XRD分析  45
    4.3.3 挤压态合金的显微组织分析  45-46
  4.4 Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金的力学性能  46-56
    4.4.1 室温和拉伸性能  46-50
    4.4.2 不同条件下的断口分析  50-54
    4.4.3 不同条件下合金强度、塑性和断裂方式的变化趋势分析  54-56
  4.5 热处理制度的的确立  56-60
    4.5.1 热处理实验参数选择  56
    4.5.2 热处理后的显微组织  56-60
  4.6 热处理对Ti-45Al-5Nb-0.8Mo-0.3Y合金室温性能的影响  60-62
    4.6.1 热处理后的组织分析  60-61
    4.6.2 拉伸性能  61-62
    4.6.3 断口分析  62
  4.7 本章小结  62-64
结论  64-65
参考文献  65-71
致谢  71

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