Ti 2 AlNb合金電流輔助超塑成形/擴散連接工藝及機理研究
發(fā)布時間：2021-09-30 03:56
人類社會和工業(yè)文明進入21世紀后,可持續(xù)發(fā)展是諸多國家探索的重要發(fā)展主題。因而,節(jié)能和輕量化現(xiàn)已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)和航空航天領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和各國競相追逐的工業(yè)目標(biāo)。輕質(zhì)材料和綠色節(jié)能技術(shù)成為我國學(xué)者和工程師研究的重點方向及熱點領(lǐng)域。近年來,諸多輕質(zhì)的高性能材料不斷地涌現(xiàn),其中以Ti2AlNb合金為代表的金屬間化合物被認為是一種可以取代鎳基高溫合金的潛在高溫合金材料。與此對應(yīng)的環(huán)境友好型的材料加工技術(shù)被研發(fā)和應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)中,其中電流輔助熱加工工藝憑借其靈活的技術(shù)相容性和快速加熱優(yōu)勢,已經(jīng)與多種傳統(tǒng)工藝結(jié)合（如沖壓、軋制、增量成形、氣壓脹形、攪拌摩擦焊和壓力焊）。為進一步克服傳統(tǒng)超塑成形（Superplastic forming,SPF）和擴散連接（Diffusion bonding,DB）工藝的固有劣勢,拓寬Ti2AlNb合金的應(yīng)用領(lǐng)域,本文提出了電流輔助超塑成形/擴散連接（Electrically assisted superplastic forming/diffusion bonding,EASPF/DB）工藝,并系統(tǒng)地研究了Ti
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：164 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
Ti2AlNb基合金中的主要相的立體結(jié)構(gòu)[4]
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文4Ti2AlNb基合金的成分范圍通常為Ti-(18~30)Al-(12.5~30)Nb，在這一范圍內(nèi)，α2/Ti3Al相，B2相和O相均可以穩(wěn)定存在。α2/Ti3Al相的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方的DO19結(jié)構(gòu)，其中Ti原子和Al原子有序地占據(jù)著各點陣位置，α2/Ti3Al相是Al原子和Nb原子進入α-Ti后，進一步有序化的結(jié)果，α2/Ti3Al滑移系少，塑性較差。在Ti2AlNb基合金中通常以第二相的形式存在[5]。B2相為有序的體心立方結(jié)構(gòu)，由于體心立方結(jié)構(gòu)的致密度較低，B2相可以溶入較多Al原子和Nb原子。B2相為β-Ti有序化的結(jié)果，其塑性較好，在Ti2AlNb基合金中通常以基體的形式存在。在高溫下，B2相可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的β相[6]。O相（Ti2AlNb相）的晶體結(jié)構(gòu)為底心正交，其結(jié)構(gòu)和元素組成與α2/Ti3Al相相似。O相存在無序的O1相和有序的O2相，即Ti2AlNb相。O相的形成原因主要有以下四方面：（1）α2/Ti3Al相中的Ti原子和Al原子進一步有序化占位，使α2/Ti3Al相的亞晶格點陣發(fā)生微小畸變，從而形成O相；（2）B2相沿(111)[121]方向出現(xiàn)切變，B2相中先出現(xiàn)過渡的無序相O1相，O1相進而轉(zhuǎn)換為有序O相；（3）α2/Ti3Al相中的Nb元素過飽和，使得α2/Ti3Al相發(fā)生分解，此時出現(xiàn)貧Nb區(qū)和富Nb區(qū)，在富Nb區(qū)中出現(xiàn)微小的晶格畸變，此時生成了O相；（4）通過α2+B2→O的包析反應(yīng)生成了O相[5,7]。圖1-2為MiracleDB和FosterM首次提出[8]，之后由BoehlertCJ等[9]修訂的Ti-22Al-xNb相圖，相圖說明O相在相對低的溫度下和較大的Nb含量范圍內(nèi)都可以存在。圖1-2Ti-22Al-xNb合金的相圖[9]Fig.1-2TheTi-22AlisoplethwithcurrentdataoverlaidforaNbcompositionof27atompercent[9]
轄鷥擼?苡隢i基高溫合金相媲美，而密度比Ni基高溫合金降低約40%~60%，大大提高了航空航天機械的推重比或燃料效益，成為能在650-750oC下使用的最具替代Ni基高溫合金潛質(zhì)的航空航天材料[11,12]。國內(nèi)學(xué)者近十年在Ti2AlNb合金的熱加工成形方面取得了諸多成果。首先是Ti2AlNb合金的組織與性能的關(guān)系。西北工業(yè)大學(xué)的曾衛(wèi)國教授團隊和北京鋼鐵研究總院針對等溫鍛造Ti2AlNb板材的組織和力學(xué)性能開展了深入和系統(tǒng)的研究。WangW等[13]在等溫鍛造Ti-22Al-25Nb合金在固溶處理下討論了初生等軸α2相內(nèi)部整體向片層O相轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，如圖1-3所示，并指出Nb元素在α2相中的聚集和擴散是主要原因。這與前期學(xué)者的發(fā)現(xiàn)的O相會在等軸α2相周圍生成的轉(zhuǎn)變方式不同。圖1-3等溫鍛造Ti-22Al-25Nb合金960oC固溶1h后760oC下時效組織[13]a)低倍，b)高倍Fig.1-3Solutionandagingtreatedmicrostructure:HT-760(940oC+24h,760oC+1h)[13],a)lowmagnificationandb)highmagnificationWangW等[14]對980oC、1040oC和1060oC等溫鍛造溫度下Ti-22Al-25Nb合金的微觀組織及后續(xù)熱處理制度下組織（940oC固溶1h+800oC時效12h）的變化開展了研究，由此得到三種典型的組織，即等軸組織、雙相組織和雙層片組織。WangW等檢測了典型組織的力學(xué)性能，常溫和650oC高溫下，隨等溫鍛造溫度的提高，屈服與抗拉強度上升，而伸長率和斷面收縮率則逐漸下降。1060oC等溫度鍛造下的組織有更優(yōu)異的抗蠕變性能。ZhengY等[15]利用熱壓縮研究了Ti-22Al-25Nb合金在B2相變點以上（1080-1160oC）的本構(gòu)關(guān)系和變形組織。在組織的控制和設(shè)計方面，WangW等[16]采用不同的固溶和時效制度
本文編號：3415078
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：164 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
Ti2AlNb基合金中的主要相的立體結(jié)構(gòu)[4]
哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文4Ti2AlNb基合金的成分范圍通常為Ti-(18~30)Al-(12.5~30)Nb，在這一范圍內(nèi)，α2/Ti3Al相，B2相和O相均可以穩(wěn)定存在。α2/Ti3Al相的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方的DO19結(jié)構(gòu)，其中Ti原子和Al原子有序地占據(jù)著各點陣位置，α2/Ti3Al相是Al原子和Nb原子進入α-Ti后，進一步有序化的結(jié)果，α2/Ti3Al滑移系少，塑性較差。在Ti2AlNb基合金中通常以第二相的形式存在[5]。B2相為有序的體心立方結(jié)構(gòu)，由于體心立方結(jié)構(gòu)的致密度較低，B2相可以溶入較多Al原子和Nb原子。B2相為β-Ti有序化的結(jié)果，其塑性較好，在Ti2AlNb基合金中通常以基體的形式存在。在高溫下，B2相可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的β相[6]。O相（Ti2AlNb相）的晶體結(jié)構(gòu)為底心正交，其結(jié)構(gòu)和元素組成與α2/Ti3Al相相似。O相存在無序的O1相和有序的O2相，即Ti2AlNb相。O相的形成原因主要有以下四方面：（1）α2/Ti3Al相中的Ti原子和Al原子進一步有序化占位，使α2/Ti3Al相的亞晶格點陣發(fā)生微小畸變，從而形成O相；（2）B2相沿(111)[121]方向出現(xiàn)切變，B2相中先出現(xiàn)過渡的無序相O1相，O1相進而轉(zhuǎn)換為有序O相；（3）α2/Ti3Al相中的Nb元素過飽和，使得α2/Ti3Al相發(fā)生分解，此時出現(xiàn)貧Nb區(qū)和富Nb區(qū)，在富Nb區(qū)中出現(xiàn)微小的晶格畸變，此時生成了O相；（4）通過α2+B2→O的包析反應(yīng)生成了O相[5,7]。圖1-2為MiracleDB和FosterM首次提出[8]，之后由BoehlertCJ等[9]修訂的Ti-22Al-xNb相圖，相圖說明O相在相對低的溫度下和較大的Nb含量范圍內(nèi)都可以存在。圖1-2Ti-22Al-xNb合金的相圖[9]Fig.1-2TheTi-22AlisoplethwithcurrentdataoverlaidforaNbcompositionof27atompercent[9]
轄鷥擼?苡隢i基高溫合金相媲美，而密度比Ni基高溫合金降低約40%~60%，大大提高了航空航天機械的推重比或燃料效益，成為能在650-750oC下使用的最具替代Ni基高溫合金潛質(zhì)的航空航天材料[11,12]。國內(nèi)學(xué)者近十年在Ti2AlNb合金的熱加工成形方面取得了諸多成果。首先是Ti2AlNb合金的組織與性能的關(guān)系。西北工業(yè)大學(xué)的曾衛(wèi)國教授團隊和北京鋼鐵研究總院針對等溫鍛造Ti2AlNb板材的組織和力學(xué)性能開展了深入和系統(tǒng)的研究。WangW等[13]在等溫鍛造Ti-22Al-25Nb合金在固溶處理下討論了初生等軸α2相內(nèi)部整體向片層O相轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，如圖1-3所示，并指出Nb元素在α2相中的聚集和擴散是主要原因。這與前期學(xué)者的發(fā)現(xiàn)的O相會在等軸α2相周圍生成的轉(zhuǎn)變方式不同。圖1-3等溫鍛造Ti-22Al-25Nb合金960oC固溶1h后760oC下時效組織[13]a)低倍，b)高倍Fig.1-3Solutionandagingtreatedmicrostructure:HT-760(940oC+24h,760oC+1h)[13],a)lowmagnificationandb)highmagnificationWangW等[14]對980oC、1040oC和1060oC等溫鍛造溫度下Ti-22Al-25Nb合金的微觀組織及后續(xù)熱處理制度下組織（940oC固溶1h+800oC時效12h）的變化開展了研究，由此得到三種典型的組織，即等軸組織、雙相組織和雙層片組織。WangW等檢測了典型組織的力學(xué)性能，常溫和650oC高溫下，隨等溫鍛造溫度的提高，屈服與抗拉強度上升，而伸長率和斷面收縮率則逐漸下降。1060oC等溫度鍛造下的組織有更優(yōu)異的抗蠕變性能。ZhengY等[15]利用熱壓縮研究了Ti-22Al-25Nb合金在B2相變點以上（1080-1160oC）的本構(gòu)關(guān)系和變形組織。在組織的控制和設(shè)計方面，WangW等[16]采用不同的固溶和時效制度
本文編號：3415078
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