發(fā)布時(shí)間：2020-10-14 17:11

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,航空航天領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)材料在力學(xué)性能上提出了更高的要求。傳統(tǒng)鎳基高溫合金由于其較高的比重,急需尋找可以取而代之的新型材料,Ti Al合金由于具有低比重、出色的高溫強(qiáng)度使得其成為最具有競(jìng)爭(zhēng)力的候選材料,但室溫的低塑性嚴(yán)重限制了其生產(chǎn)應(yīng)用。為改善其在室溫下較差的力學(xué)性能,作為熱加工工藝之一的擠壓工藝不但增加了合金組織致密性,而且可以細(xì)化晶粒,提高材料的綜合力學(xué)性能。本文以擠壓態(tài)Ti-44Al-(Nb,Mo,V,Y)及兩種不同成分合金棒材為研究對(duì)象,對(duì)兩種棒材的顯微組織及力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試分析,并對(duì)擠壓態(tài)Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金的高溫變形行為進(jìn)行了研究。利用XRD相組成分析初步確定兩種合金中均含有γ-Ti Al、α2-Ti3Al及β0相。SEM組織分析結(jié)果表明,擠壓態(tài)Ti-44Al-(Nb,Mo,V,Y)合金為典型雙態(tài)組織,由等軸狀的γ晶粒及尺寸和含量與之相近的α2/γ層片晶組成,晶粒尺寸在10μm左右,層片晶與γ晶粒間可見(jiàn)細(xì)小的β0晶粒,稀土Y2O3顆粒分布于合金基體中;擠壓態(tài)Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金為近層片組織,層片尺寸在100-200μm之間,α2/γ層片與γ晶粒間可見(jiàn)細(xì)小的β0晶粒。對(duì)兩種合金進(jìn)行了EBSD分析,結(jié)果表明兩種合金中γ-Ti Al相均占有最高比重,α2-Ti3Al相含量其次,β0相含量最低;兩種合金中都存在大量大角度晶界,證明擠壓過(guò)程中兩種合金均發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象。拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明室溫下兩種合金均具有最高抗拉強(qiáng)度,分別達(dá)到736.2MPa和756.7MPa,隨著溫度的升高,材料強(qiáng)度降低,塑性提高,溫度在850℃時(shí)合金的延伸率分別為30.8%及9.2%,斷口形貌觀察結(jié)果表明室溫下兩種合金均呈現(xiàn)脆性準(zhǔn)解理斷裂特征,溫度升高后斷口塑性變形程度逐漸增大,850℃時(shí)兩種合金中都出現(xiàn)韌窩,但擠壓態(tài)Ti-44Al-(Nb,Mo,V,Y)合金韌窩不明顯。根據(jù)拉伸數(shù)據(jù)結(jié)果確定兩種合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度均處于750℃-800℃之間。維氏硬度測(cè)試結(jié)果表明兩種合金的徑向平均硬度分別為375.71Hv及312.49Hv,軸向?yàn)?57.56Hv及320.01Hv。室溫壓縮性能方面,兩種合金徑向抗壓強(qiáng)度分別為2679.3MPa及2016.2MPa,均高于軸向的2373.7MPa及1988.3MPa,說(shuō)明擠壓變形導(dǎo)致合金力學(xué)性能出現(xiàn)差異。對(duì)擠壓態(tài)Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金在變形溫度為1020℃-1260℃,應(yīng)變速率為0.001s-1-0.1s-1,變形度為60%下的高溫變形行為進(jìn)行了研究。通過(guò)Arrhenius公式計(jì)算得到合金的變形激活能為586.2k J/mol。根據(jù)能量耗散效率和連續(xù)失穩(wěn)判據(jù)計(jì)算并繪制了合金在60%變形度下的熱加工圖。隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低,再結(jié)晶γ晶粒體積分?jǐn)?shù)和尺寸逐漸增加。綜合考慮到合金熱加工窗口、熱加工圖、應(yīng)變速率及變形溫度對(duì)組織的影響,最終確定擠壓態(tài)Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金的最佳變形條件為:1180℃-1220℃/0.005s-1-0.01s-1。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.23
【部分圖文】：

TiAl合金與其它合金的性能比較

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制上還有著較多技術(shù)上的不足，外國(guó)的技術(shù)封鎖也更加顯露我國(guó)自主研發(fā)的必要性和緊迫性。1.2 TiAl 合金的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 TiAl 合金的國(guó)外研究現(xiàn)狀自上世紀(jì) 50 年代以來(lái)，先后已有三代 TiAl 合金相繼面世，如表 1-1[3,4]所示第一代TiAl合金是在20世紀(jì)70年代，由美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室以及P&W (Pratt &Whitn公司共同研發(fā)，其名義成分為 Ti-48Al-1V-0.3C[3,4]。此外還利用該合金制備了相零部件，并成功應(yīng)用到不同機(jī)型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，包括 F100 發(fā)動(dòng)機(jī)和 JT9D 發(fā)機(jī)等[6]。盡管具有良好的蠕變性能，但 Ti-48Al-1V-0.3C 合金的其他性能較差，難滿足發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)苛的使用要求。a) b)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文Nb-(0.1-2)Mo-(0.1-1)B)[11]，室溫下 TNM 合金的和少量β0相組成，抗蠕變性能出眾，在高達(dá) 750℃的高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能及抗氧化性較好。缺點(diǎn)較差，但通過(guò)后續(xù)熱加工可以明顯提高其性能。
【參考文獻(xiàn)】

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1 崔寧;Beta-gamma TiAl合金成分設(shè)計(jì)及高溫變形行為研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

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本文編號(hào)：2840950