本文關(guān)鍵詞： TiAl基合金 Ti_2AlNb基合金 高溫成形 擴(kuò)散連接 多層結(jié)構(gòu)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：航空航天領(lǐng)域?qū)α悴考䴗p輕重量、提高工作溫度一直具有迫切需求,在滿足性能要求的前提下選擇輕質(zhì)耐高溫材料的輕量化結(jié)構(gòu)成為發(fā)展的主要趨勢。Ti-Al系金屬間化合物由于其優(yōu)異的綜合性能,例如密度低(3.8-5.8g/mm3),熔點(diǎn)高,比強(qiáng)度高,材料的抗氧化和抗腐蝕性能優(yōu)良,以及高溫條件下的蠕變韌性好,這些性能使得Ti-Al系金屬間化合物成為具有應(yīng)用前景的輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料。常用的輕量化結(jié)構(gòu)為多層結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)通常采用成形+連接的組合技術(shù)。擴(kuò)散連接不同于其他的連接方法,可以有效地避免連接過程中產(chǎn)生的焊接缺陷,實(shí)現(xiàn)Ti-Al系金屬間化合物的良好連接。因而本文對使用溫度650℃的Ti2AlNb基合金、750℃的TiAl基合金和850℃的高鈮TiAl基合金的高溫變形行為與擴(kuò)散連接性能進(jìn)行研究,并在此基礎(chǔ)上成形了TiAl基合金三層波紋結(jié)構(gòu)和Ti2AlNb基合金四層結(jié)構(gòu)。本文首先對擠壓態(tài)高鈮TiAl基合金(Ti-45Al-8Nb,at.%)在相對較高應(yīng)變速率(≥10-3s-1)下的熱變形行為和組織變化進(jìn)行了研究,分析了熱變形參數(shù)對材料力學(xué)行為和微觀組織的影響,建立了Ti-45Al-8Nb合金的本構(gòu)方程。另外,對擠壓態(tài)的普通TiAl基合金(Ti-47.5Al-Cr-V,at.%)在壓縮條件下的高溫變形行為進(jìn)行了研究,建立了擠壓態(tài)Ti-47.5Al-Cr-V合金的本構(gòu)方程。基于動態(tài)材料模型和Prasad失穩(wěn)判據(jù),構(gòu)建了不同真應(yīng)變量下的熱加工圖,失穩(wěn)區(qū)主要位于高應(yīng)變速率區(qū)。結(jié)合不同變形參數(shù)下的微觀組織,確定了擠壓態(tài)Ti-47.5Al-Cr-V合金合適的熱加工區(qū)間為1150-1200℃/0.001-0.03s-1,在該區(qū)間材料可發(fā)生充分的動態(tài)再結(jié)晶。通過擴(kuò)散連接試驗(yàn)研究了Ti-47.5Al-Cr-V合金的擴(kuò)散連接工藝,連接溫度1000-1100℃,連接時間1-3h,連接壓力10-30MPa。測試了不同連接參數(shù)條件下連接試樣的室溫剪切強(qiáng)度,觀察并分析了不同參數(shù)下連接界面的微觀組織。合適的連接參數(shù)是溫度1050-1100℃,壓力20-30MPa,時間2-3h。基于Ti-47.5Al-Cr-V合金的彎曲極限試驗(yàn)以及以Ti-45Al-8Nb合金高溫拉伸塑性為參考,在1050℃進(jìn)行了波紋芯板的熱成形試驗(yàn)。隨后在1050℃/30MPa/2h條件下進(jìn)行了波紋芯板與面板的擴(kuò)散連接,獲得三層波紋構(gòu)件,結(jié)構(gòu)件最大壓縮強(qiáng)度為15.7MPa。進(jìn)行了Ti2AlNb基合金(Ti-22Al-27Nb,at.%)的超塑拉伸試驗(yàn),在變形參數(shù)為970℃/3×10-4s-1時具有最大的延伸率236%,并建立了材料在970℃超塑成形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。基于該關(guān)系,進(jìn)行了兩種不同四層結(jié)構(gòu)成形過程的有限元分析,對比成形過程的厚度分布,確定了蜂窩結(jié)構(gòu)適合于具有低超塑性的Ti-22Al-27Nb合金的成形。在保持蜂窩結(jié)構(gòu)芯板變形寬度不變的前提下,研究了擴(kuò)散連接部位寬度對成形質(zhì)量的影響,連接寬度越小越易在表面產(chǎn)生凹陷,確定了蜂窩結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對Ti-22Al-27Nb合金在950℃和970℃,連接壓力10MPa和15MPa,連接時間1h、2h下的真空擴(kuò)散連接性能進(jìn)行了研究,根據(jù)獲得的連接界面微觀組織和接頭剪切強(qiáng)度,選擇970℃/10MPa/2h作為該合金擴(kuò)散連接參數(shù)。在有限元分析和擴(kuò)散連接試驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)行了Ti2AlNb基合金四層蜂窩結(jié)構(gòu)成形試驗(yàn),成功制得了蜂窩結(jié)構(gòu)件,并對結(jié)構(gòu)件的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。蜂窩結(jié)構(gòu)件芯板與面板的實(shí)測厚度與有限元分析相應(yīng)部位厚度基本一致;成形前、后,材料微觀組織發(fā)生了明顯的改變,α2相明顯增多,造成成形后材料在室溫和650-800℃下的抗拉強(qiáng)度和延伸率均有一定程度的降低,降低比例分別在14-30%和20-50%;蜂窩結(jié)構(gòu)件的最大抗壓強(qiáng)度約為7.7MPa,芯板彎曲和芯板擴(kuò)散連接部位扭轉(zhuǎn)為主要的變形方式。
[Abstract]:The thermal deformation behavior and microstructure of Ti2AlNb base alloy ( Ti - 47.5Al - Cr - V , at . % ) under high strain rate ( 鈮，

本文編號：1489241