【摘要】：為滿足超音速飛行器、未來(lái)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和殼體熱防護(hù)系統(tǒng)對(duì)800～1000℃使用的輕質(zhì)高強(qiáng)合金薄材的迫切需求,TiAl合金板材的制備至關(guān)重要。基于此,本文探索出兩種新型高Nb-TiAl合金板材的制備工藝-箔箔冶金法和冶金鑄錠直接包套熱軋,并對(duì)Ti/Al箔材之間的反應(yīng)行為、鑄態(tài)高Nb-TiAl合金熱變行為、顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。同時(shí),還對(duì)熱軋近γ組織的高Nb-TiAl合金的超塑性行為進(jìn)行了研究。主要研究成果包括以下幾個(gè)方面：(1)利用熱壓燒結(jié)的Ti/Al疊層材料系統(tǒng)研究了不同階段Ti/AI箔材之間反應(yīng)行為。研究結(jié)果表明,通過(guò)固相Ti和液相Al之間的反應(yīng),Ti/Al微疊層能夠完全轉(zhuǎn)變?yōu)門i/TiAl3疊層：隨后在高溫反應(yīng)退火過(guò)程中,伴隨著中間過(guò)渡相TiAl2和Ti2Al5的同時(shí)形成與相繼消失,Ti/TiAl3疊層最終轉(zhuǎn)變?yōu)門i3Al/TiAl疊層材料。采用680℃/2h+1200℃/36h+1400℃/24h三步熱處理Ti/Al/Nb疊層的方法成功制備了Ti-46Al-7.5Nb(以下除特殊標(biāo)記外,全為原子分?jǐn)?shù))合金板材。所制備的板材具有全片層結(jié)構(gòu),Ti、Al、Nb元素均勻分布。(2)采用熱模擬手段,研究了Ti-45AI-8.5Nb-(W, B,Y)合金的熱變形行為,揭示了合金組織的演化規(guī)律以及變形溫度和應(yīng)變速率對(duì)合金流變應(yīng)力的影響機(jī)制。采用5th擬合式,描述應(yīng)變量對(duì)本構(gòu)方程中材料常數(shù)的影響,建立了高Nb-TiAl熱變形本構(gòu)方程,其在預(yù)測(cè)流變應(yīng)力上具有良好的精度。根據(jù)動(dòng)態(tài)材料模型,建立高Nb-TiAl合金的熱加工圖,并據(jù)此確定軋制工藝參數(shù)范圍。(3)開發(fā)出以冶金鑄錠為坯料直接制備高Nb-TiAl合金板材工藝路線,并且可控制板材組織。此工藝無(wú)需熱等靜壓+等溫鍛造/等溫?cái)D壓預(yù)處理,流程簡(jiǎn)單,更適合工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。采用該技術(shù),成功制備出大尺寸的Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)合金板材,其尺寸達(dá)到了1000mm×70mm×2mm。通過(guò)控制軋制溫度,直接獲得近γ(NG)、雙態(tài)(DP)和近片層(NFL)三種典型組織。其中NFL組織細(xì)小,片層團(tuán)的平均尺寸為38μm,這是目前為止變形高Nb-TiAl合金達(dá)到的最小片層團(tuán)尺寸,對(duì)應(yīng)的NFL組織室溫屈服強(qiáng)度高達(dá)1116MPa、抗拉強(qiáng)度1133MPa、延伸率0.46%。同時(shí),NFL組織表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫強(qiáng)度指標(biāo),在室溫至800℃之間,抗拉強(qiáng)度保持在1000MPa以上,900℃抗拉強(qiáng)度仍高到680MPa。(4)具有NG組織的熱軋Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)合金體現(xiàn)出優(yōu)異的超塑性,在1050℃、2×10-4s-1條件下延伸率高達(dá)824%。尤其是,該組織表現(xiàn)出良好的低溫超塑性,在950℃、2×10-4s-1條件下延伸率達(dá)到410%,這對(duì)于高Nb-TiAl基合金超塑性成形技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。(5)在950℃～1100℃范圍內(nèi),高Nb-TiAl合金超塑性變形應(yīng)變速率敏感性因子m值在0.41～0.62之間,表觀激活能Q=238kJ/mol,其超塑性變形行為屬于再結(jié)晶協(xié)調(diào)下晶界擴(kuò)散控制的晶界滑移機(jī)制,其中β相對(duì)于協(xié)調(diào)變形有重要貢獻(xiàn)。在超塑性變形過(guò)程中,高Nb-TiAl合金表現(xiàn)出良好的抗空洞形核和擴(kuò)展能力,其超塑性變形失效機(jī)制為晶間斷裂模式。
[Abstract]:In order to meet the urgent need of the future thermal protection system of turbine engine and shell for the use of lightweight and high-strength alloy thin materials at 800 鈩，

本文編號(hào)：2306777