本文選題：Ti + Al基合金　； 參考：《西北工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：TiAl金屬間化合物因其具有密度低、熔點高、高溫蠕變性能及抗高溫氧化性能優(yōu)異等優(yōu)點,在近三十年內(nèi)得到世界各國研究者的廣泛關(guān)注,成為飛行器發(fā)動機的最佳候選材料之一。然而由于其本征脆性,導(dǎo)致該類合金在熱塑性加工方面存在頗多問題。一般來說,通過合金化,熱處理和熱機械加工(如等溫鍛造,熱擠壓和軋制等)方式可以獲得具有細(xì)小片層和良好塑性的TiAl合金。最近,通過添加Mo、W、Nb、V等β穩(wěn)定元素制備的β型-TiAl合金,由于具有優(yōu)異的高溫變形能力和機加工能力,成為國際上研究的熱點之一。本文以新型TiAl合金(Ta-TiAl)為研究對象,基于耗散結(jié)構(gòu)理論,構(gòu)造該合金的熱加工圖,分析合金的高溫變形行為和變形機制。應(yīng)用損傷力學(xué)理論,研究分析合金在高溫變形過程中的開裂機理,從而成功地解決了TiAl合金的擠壓開坯開裂的難題,制備出外觀完整的大尺寸新型TiAl合金棒材。此外,本文還系統(tǒng)地研究了不同的熱處理工藝對新型β型TiAl合金顯微組織和顯微硬度的影響規(guī)律;利用相變細(xì)化原理研究循環(huán)熱處理對顯微組織的影響,探討了顯微組織與拉伸性能之間的關(guān)系,分析了不同顯微組織的斷裂機制,其主要研究結(jié)果如下:基于合金高溫變形的流動應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù),揭示了合金的高溫變形行為與變形溫度和應(yīng)變速率之間的關(guān)系,構(gòu)建了考慮峰值應(yīng)力的新合金的本構(gòu)方程。采用動態(tài)材料模型,繪制了新型TiAl合金熱在應(yīng)變?yōu)?.2與0.6時的加工圖,優(yōu)化了合金的加工窗口,制備出優(yōu)良的合金鍛餅。借助組織觀察分析手段,系統(tǒng)分析了合金的高溫塑性變形時,動態(tài)再結(jié)晶的微觀機制和影響因素。研究發(fā)現(xiàn)該合金的熱變形應(yīng)力隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低而降低。合金的熱變形組織強烈依賴于變形量、變形速率和溫度。熱變形加工過程中,出現(xiàn)了兩種類型的動態(tài)再結(jié)晶(連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶與不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶)。而動態(tài)再結(jié)晶的類型與應(yīng)變速率,變形溫度等變形參數(shù)密切相關(guān)�；跓峒庸D和組織優(yōu)化控制的考慮,加工參數(shù)為:變形溫度1200℃左右,應(yīng)變速率小于0.5s-1,合金的初次變形量低于50%。通過熱壓縮試驗,本文研究了新型TiAl合金的開裂形式和開裂機制。研究結(jié)果表明,新型TiAl合金的表面宏觀裂紋主要由45°剪切開裂和縱向自由表面開裂裂紋兩種形貌組成,且隨著熱加工變形過程中,變形溫度的降低、應(yīng)變速率和變形程度的增加,合金的宏觀開裂程度增多。裂紋容易于片層間形核,在垂直于壓縮方向的方向起裂,并且傾向于γ/γ沿著片層晶團的晶界或者沿著γ/α2晶粒的γ片晶界邊,以“Z”形擴展。合金在高應(yīng)變速率下變形,形變孿晶的界面成為形核與擴展的主要位置。同時基于最大應(yīng)力與微觀組織的影響,建立了該合金的熱變形開裂準(zhǔn)則,達(dá)到閥值時,合金高溫變形易開裂。利用大規(guī)格棒材擠壓試驗,研究了擠壓后合金在不同退火溫度、保溫時間以及冷卻方式的顯微組織的演變規(guī)律及硬度值的變化。研究發(fā)現(xiàn)Ta的添加有利于油冷組織中塊狀相的析出,在后續(xù)的熱處理中可利用塊狀相進(jìn)行組織細(xì)化。研究拉伸性能時發(fā)現(xiàn),近層片組織的室溫拉伸強度可達(dá)到846MPa,延伸率約為2.16%,與同類合金相比,延伸率接近最優(yōu)值,并且其拉伸塑性高于全片層組織的。兩類組織的斷口基本都呈沿層斷裂與穿層斷裂的混合方式。近片層組織的拉伸裂紋由于晶界β的存在,在擴展過程中易分叉。而全片層組織的拉伸裂紋則更易擴展,且全片層組織中的裂紋擴展方向與不同晶團的片層位向有關(guān)。利用三步短時循環(huán)熱處理研究合金的片層組織的演化規(guī)律,研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)溫度、時間、循環(huán)次數(shù)對合金顯微組織的細(xì)化作用。研究發(fā)現(xiàn)γ/α2片層晶團體積分?jǐn)?shù)與熱處理溫度呈一定比例;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,片層組織的細(xì)化程度逐漸加劇,且片層特征明顯;保溫時間影響合金α2/γ片層晶團的體積比,時間越長片層晶團析出越多。短時多次循環(huán)對合金的細(xì)化作用明顯。組織經(jīng)過循環(huán)熱處理后,室溫拉伸塑性得到明顯提高。斷口分析發(fā)現(xiàn):細(xì)化組織后的合金樣品斷口呈穿層和沿層混合斷裂方式。裂紋擴展時,以“Z”形剪切帶穿層擴展,這與晶體的滑移方向有關(guān)。顯微組織中裂紋擴展方向與片層晶團晶界平行時,裂紋會沿著晶界繼續(xù)擴展;而與裂紋擴展方向垂直或傾斜一大角度時,裂紋一般會停止從而形成分叉,通過增加剪切帶的數(shù)量和尺寸來提高塑性變形損耗能。
[Abstract]:In this paper , the effects of heat treatment on microstructure and microhardness of new 尾 - TiAl alloy have been studied by means of alloying , heat treatment and thermal machining ( such as isothermal forging , hot extrusion and rolling ) . In the process of thermal processing , the deformation temperature , strain rate and deformation degree of the alloy are increased , the macroscopic cracking degree of the alloy is increased . The results show that the tensile strength of the alloy can reach 846MPa and the elongation is about 2.16 % .
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23
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本文編號：1958289