【摘要】：高性能構(gòu)件多服役于苛刻環(huán)境,以超高承載、極端耐熱、超輕量化和高可靠性等為指標(biāo),是高超飛行器、運(yùn)載火箭、軌道空間站和核聚變裝置等重大裝備的核心組成部分。由于其性能受多重因素的耦合影響,因而對(duì)其材料特性和制造方法提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):材料需具備輕質(zhì)、高強(qiáng)的能力,制造需實(shí)現(xiàn)幾何尺寸精確可控的一體化整體成形。傳統(tǒng)的高性能材料面臨制備與成形分離,流程長(zhǎng),靈活度低等技術(shù)瓶頸問(wèn)題。因此,亟需尋求一種高性能材料的制備與成形一體化方法,以保證構(gòu)件具有超高且可控的綜合力學(xué)性能,又具備復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)。熱等靜壓(Hot isostatic pressing,HIP)成形技術(shù)是在高溫高壓條件下結(jié)合模具控形技術(shù),能使粉末材料快速且整體成形制造與鍛件性能相當(dāng)?shù)膹?fù)雜零件;同時(shí)又能利用可控的加載溫度與壓力,實(shí)現(xiàn)材料的制備與組織調(diào)控。該技術(shù)已被美國(guó)、俄羅斯和英國(guó)等制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家視為具有發(fā)展?jié)摿Φ某尚沃圃旒夹g(shù)。FGH97鎳基高溫合金,是我國(guó)近期自主研發(fā)的高溫鎳基合金,已經(jīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)的制作上得到廣泛的應(yīng)用。TA15鈦合金是一種典型的近α型的高溫鈦合金,它既具有α型鈦合金良好的熱強(qiáng)性,又兼具(α+β)型鈦合金的良好的塑形性能。在飛機(jī)的機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)的制作中應(yīng)用的比較廣泛。本文主要使用熱等靜壓成形工藝成形FGH97鎳基高溫合金和TA15鈦合金這兩種難成形金屬材料,具體的研究工作及成果如下:針對(duì)熱等靜壓成形鎳基高溫合金時(shí),其顆粒邊界以聚集碳化物,降低制件力學(xué)性能的問(wèn)題,提出了在熱等靜壓過(guò)程中先升溫,當(dāng)溫度達(dá)到最大值的時(shí)候再加載壓力的異步加載方式。本文對(duì)比了異步加載新工藝與傳統(tǒng)的同時(shí)升溫升壓的同步加載工藝,研究發(fā)現(xiàn),與同步加載工藝相比,異步加載工藝制件的晶粒尺寸為256.32μm,接近是同步加載工藝制件晶粒尺寸的17倍(15.09μm),但是異步加載工藝成形制件的力學(xué)性能要優(yōu)于同步加載工藝成形的制件。主要是由于同步加載工藝制件的晶粒小,但同時(shí)制件中原始粉末顆粒邊界較密集所致。針對(duì)目前使用熱等靜壓成形TA15鈦合金少的問(wèn)題,在具有代表性的熱等靜壓溫度(930℃、980℃和1030℃)條件下,系統(tǒng)研究了TA15鈦合金的致密化行為、組織演變和拉伸性能。結(jié)果表明隨著熱等靜壓溫度的升高,制件晶粒尺寸逐漸增加。在930℃時(shí),制件微觀組織表現(xiàn)為雙態(tài)組織,而熱等靜壓溫度超過(guò)TA15合金的相轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度(954℃)時(shí),制件主要是由魏氏組織構(gòu)成。980℃熱等靜壓成形制件的拉伸強(qiáng)度與其他兩組相比稍有下降,但是它的塑性與另外兩組相比有明顯的增加。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文1 緒論 引言隨著航空航天領(lǐng)域的不斷發(fā)展，對(duì)飛行器的性能要求越來(lái)越苛刻。對(duì)于新一代飛行希望它擁有有起飛距離短、飛行速度快、加速度高等一系列優(yōu)異的性能，這就對(duì)飛動(dòng)機(jī)的推重比、飛機(jī)的制作材料和受力構(gòu)件的力學(xué)性能提出了新的要求[1]。目前中空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)如圖 1-1 所示。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文[10]。室溫條件下，，鐵基高溫合金的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方結(jié)構(gòu)，鈷基高溫合金構(gòu)是密排六方的結(jié)構(gòu)，鎳基高溫合金的晶體結(jié)構(gòu)是面心立方結(jié)構(gòu)。其中，鎳基的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能在三種高溫合金中最佳，所以鎳基高溫合金的應(yīng)用范泛。鎳基高溫合金的密度比較大，通常在 7.8～9.4 g/cm3之間，密度的大小取添加元素的種類(lèi)與含量，如 Al、Ti、Cr 等低密度元素含量高時(shí)可以降低合金而 W、Rh 和 Ta 等密度較大元素含量較多時(shí)合金的密度會(huì)增加[11]。目前，鎳基主要用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)向葉片、燃?xì)馐液蜏u輪盤(pán)等構(gòu)件。圖 1-2 是 IN718 鎳金轉(zhuǎn)子，圖 1-3 是鎳基合金飛機(jī)部件。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V261

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2660582