人類社會(huì)和工業(yè)文明進(jìn)入21世紀(jì)后,可持續(xù)發(fā)展是諸多國(guó)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(shì)和各國(guó)競(jìng)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(guó)學(xué)者和工程師研究的重點(diǎn)方向及熱點(diǎn)領(lǐng)域。近年來(lái),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(rèn)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(duì)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(shì),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(jìn)一步克服傳統(tǒng)超塑成形（Superplastic forming,SPF）和擴(kuò)散連接（Diffusion bonding,DB）工藝的固有劣勢(shì),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(kuò)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(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

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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(diǎn)陣位置，α2/Ti3Al相是Al原子和Nb原子進(jìn)入α-Ti后，進(jìn)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(wú)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(wú)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(jìn)一步有序化占位，使α2/Ti3Al相的亞晶格點(diǎn)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(wú)序相O1相，O1相進(jìn)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(shí)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(shí)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(duì)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(jī)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(guó)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(guó)教授團(tuán)隊(duì)和北京鋼鐵研究總院針對(duì)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(kuò)散是主要原因。這與前期學(xué)者的發(fā)現(xiàn)的O相會(huì)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(shí)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(duì)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(shí)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(cè)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(qiáng)度上升，而伸長(zhǎng)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(diǎn)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(jì)方面，WangW等[16]采用不同的固溶和時(shí)效制度


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