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Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的热机械处理及组织性能研究

作　者: 曹超
导　师: 陈玉勇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TiAl合金包套锻造热模拟热处理
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文对铸态Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金进行了高温热模拟实验,研究了合金的高温塑性变形能力,制定并优化了合金的锻造工艺。通过包套锻造制备了TiAl合金锻饼,系统地分析了该合金铸态与锻态的组织与力学性能。并对锻态合金进行了热处理,研究了锻态合金在不同热处理工艺下的组织演变规律。高温热模拟实验表明,Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的流变应力随应变速率的增加而增大,而随温度的升高而减小。采用Zener-Hollomon关系式以及双曲正弦函数形式修正的关系式计算了材料的热变形参数,热变形激活能Q=419.8KJ/mol,并求得了Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的本构方程,以及绘制了热加工窗口。显微组织观察表明,试样不同部位变形不均匀,存在难变形区、大变形区和中等变形区。高温变形时试样以内部开裂和楔形开裂为主。根据热压缩试样外观和显微组织的变化,制定了锻造工艺:变形温度≥1200℃,应变速率≤0.01s-1。采用包套锻造方法制备Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金锻饼,锻后合金的相组成仍为α2、γ、B2和YAl2相。经过塑性变形后,合金中的层片组织消失,晶粒得到明显细化,晶粒尺寸在10μm以下,稀土相被打碎或沿变形方向呈链状分布。室温下的拉伸性能指标σ0.2、σb和δ分别为553.3MPa、568 MPa和0.7%;高温800℃与900℃时延伸率分别达到61.7%和124.3%,900℃时试样出现颈缩现象。锻态Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的热处理实验表明,合金从1340℃到1400℃的热处理中,B2相的含量首先增多,在1370℃时达到最大值,而后随着温度的升高而减少。合金在1400℃保温20min处理后得到全层片组织,但合金中仍有少量的B2相存在,且有1400℃热处理时由于处理温度相对较高,层片晶粒长大较快,晶粒尺寸约为150μm～200μm。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-27
  1.1 课题研究背景  9-10
  1.2 TiAl合金的研究现状  10-23
    1.2.1 TiAl 合金的相图与晶体结构  10-12
    1.2.2 TiAl 合金的显微组织  12-14
    1.2.3 TiAl合金的力学性能  14
    1.2.4 TiAl合金的成形技术  14-21
    1.2.5 TiAl合金中的合金元素  21-23
  1.3 TiAl合金目前存在的问题及解决办法  23-25
    1.3.1 TiAl基合金的高温氧化  23-24
    1.3.2 TiAl基合金的室温脆性  24-25
  1.4 本课题的主要研究内容  25-27
第2章材料的制备及实验方法  27-32
  2.1 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金材料的制备  27-29
    2.1.1 铸锭制备  27
    2.1.2 均匀化热处理及热等静压  27-28
    2.1.3 包套锻造  28-29
  2.2 实验方法  29-32
    2.2.1 等温锻造热模拟实验  29
    2.2.2 热处理实验  29-30
    2.2.3 显微组织及相组成分析  30
    2.2.4 拉伸性能实验  30
    2.2.5 断裂韧性、抗弯强度实验  30-32
第3章铸态 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y 合金高温变形性能研究  32-50
  3.1 引言  32
  3.2 真应力-真应变曲线  32-36
    3.2.1 流变应力曲线的变化规律  32-35
    3.2.2 不连续屈服现象  35-36
  3.3 铸态 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y 合金高温变形后的显微组织  36-40
    3.3.1 变形流线弱化  36
    3.3.2 组织演变规律—再结晶  36-40
  3.4 高温变形的动力学模型  40-44
    3.4.1 应变速率对流变应力的影响  41
    3.4.2 温度对流变应力的影响  41-42
    3.4.3 变形激活能的计算  42-44
  3.5 铸态Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的本构方程  44
  3.6 铸态Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的热加工窗口  44-45
  3.7 不同部位的不均匀变形  45-47
  3.8 试样开裂状况分析  47-48
  3.9 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金锻造工艺参数的制定  48
  3.10 本章小结  48-50
第4章铸态与锻态 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y 合金的组织性能研究  50-68
  4.1 引言  50
  4.2 包套锻造及锻饼外观  50-51
  4.3 铸态与锻态 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y 合金的显微组织  51-57
    4.3.1 合金的相组成分析  51-52
    4.3.2 显微组织—铸态  52-53
    4.3.3 显微组织—锻态  53-57
  4.4 铸态与锻态 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y 合金的力学性能  57-66
    4.4.1 室温拉伸  58-59
    4.4.2 高温700℃拉伸  59-60
    4.4.3 高温800℃拉伸  60-61
    4.4.4 高温900℃拉伸  61-62
    4.4.5 不同温度下合金的强度与塑性变化趋势  62-63
    4.4.6 高温拉伸试样形貌  63-64
    4.4.7 断裂韧性  64-65
    4.4.8 抗弯强度与弹性模量  65-66
  4.5 本章小结  66-68
第5章锻态 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y 合金热处理的组织演变  68-76
  5.1 引言  68
  5.2 Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的相变过程  68-70
  5.3 热处理后合金的显微组织  70-75
    5.3.1 不同热处理温度下的组织演变  70-72
    5.3.2 合金的相组成分析  72-74
    5.3.3 组织演变规律分析  74-75
  5.4 本章小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-82
致谢  82

Ti-47Al-2Cr-2Nb-Y合金的热机械处理及组织性能研究

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