真空熱壓燒結(jié)TiAl基合金組織性能及熱變形行為研究.pdf

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1、碩士學位論文真空熱壓燒結(jié)TiAl基合金組織性能及熱變形行為研究STUDYONMICROSTRUCTURE,PROPERTIESANDHOTDEFORMATIONBEHAVIOROFTIAL-BASEDALLOYFABRICATEDBYVACUUMHOT-PRESSINGSINTERING張靈佳哈爾濱工業(yè)大學2018年6月國內(nèi)圖書分類號:TG146.2學校代碼:10213國際圖書分類號:621密級:公開工程碩士學位論文真空熱壓燒結(jié)TiAl基合金組織性能及熱變形行為研究碩士研究生:張靈佳導師:張文叢教授申請學位:工

2、程碩士學科:材料工程所在單位:材料科學與工程學院答辯日期:2018年6月授予學位單位:哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONMICROSTRUCTURE,PROPERTIESANDHOTDEFORMATIONBEHAVIOROFTIAL-BASEDALLOYFABRICATEDBYVACUUMHOT-PRESSINGSINTERINGCandidate:ZHANGLingj

3、iaSupervisor:Prof.ZHANGWencongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:June,2018Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文摘要隨著汽車和航

4、空發(fā)動機領域?qū)p質(zhì)高強要求的不斷提高,TiAl基合金作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,具有低密度,高比強度,高比剛度和優(yōu)異的高溫力學性能等優(yōu)點,可以部分替代鎳基高溫合金等高密度部件。但TiAl基合金室溫低塑性和較差的熱加工性限制了其廣泛的工程應用。因此,本文通過粉末冶金的制備方法和熱加工工藝來調(diào)控和細化TiAl基合金組織,以期提高其力學性能。采用名義成分為Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B(原子分數(shù),%)預合金粉末在不同溫度下進行真空熱壓燒結(jié)制備合金,研究燒結(jié)溫度對組織演化,室溫和高溫性能的影響。TiAl基合金在1200

5、、1275、1300和1325oC溫度下進行燒結(jié),分別獲得平均晶粒尺寸為3μm和5μm的近γ組織和雙態(tài)組織,平均晶團尺寸為70μm和120μm的近片層組織和全片層組織。燒結(jié)過程中,原始預合金粉末中亞穩(wěn)的α2相向平衡γ相轉(zhuǎn)變,隨著溫度升高至α單相區(qū),大量的γ向α相轉(zhuǎn)變,在冷卻過程中由于共析反應γ在α中析出,形成α2/γ片層組織。上述四種燒結(jié)溫度的組織室溫壓縮工程應變均高于30%,但室溫拉伸延伸率僅為0.2~0.34%,其中近片層組織800oC高溫拉伸延伸率增高至5%,斷裂強度提升至500MPa附近。對燒結(jié)溫度為1

6、300oC的TiAl基合金在以下條件進行熱模擬試驗:變形溫度為1050~1250oC,應變速率為0.01~0.5s-1,真應變?yōu)?.7,研究其熱變形行為。結(jié)果表明,流變應力隨著變形溫度的降低而增加,隨著應變速率的增加而增加,求得燒結(jié)態(tài)TiAl基合金的熱激活能為664.75kJ/mol。根據(jù)顯微組織可知,合金中片層組織發(fā)生彎折和扭轉(zhuǎn),部分片層破碎,大量片層組織的取向與壓縮方向垂直;隨著變形溫度的升高,組織中β(B2)相和γ相含量下降;變形溫度為1250oC,當應變速率增大,組織中出現(xiàn)大量的動態(tài)再結(jié)晶α晶粒,片層間

7、距減少至不足20nm。合金的加工硬化是由位錯密度的增加所致,流變軟化機制為動態(tài)再結(jié)晶,片層組織的彎折和扭轉(zhuǎn)。結(jié)合熱模擬試驗結(jié)果,選取TiAl基合金熱包套擠壓溫度為1240oC,研究擠壓后合金組織演化及力學性能等問題。擠壓后組織由細小的片層組織和呈直線分布的γ相組成,由于強烈的塑性變形,α2相出現(xiàn)<10-10>α2∥ED和<2-1-10>α2∥ED織構(gòu),由于在片層組織中γ相與α2的位相關系,因此存在<110>γ∥ED織構(gòu),以及再結(jié)晶織構(gòu)<211>γ∥ED。對比熱處理后的擠壓態(tài)TiAl基合金的顯微組織和力學性能,可

8、知,當熱處理溫度為900~1100oC時,出現(xiàn)等軸的再結(jié)晶γ和αo2晶粒,當溫度增高至1250C,開始出現(xiàn)片層組織;由于熱處理后合-I-哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文金內(nèi)部由于空冷所產(chǎn)生的內(nèi)應力釋放,因而顯微硬度有所降低,熱處理溫度為1100oC和1200oC時室溫壓縮應變量提升至35%,經(jīng)900oC熱處理,組織內(nèi)仍保留變形時的織構(gòu),α2相滑移系方向與拉應力平行,位錯易于開動,室溫延伸

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