大尺寸TiAl基合金板材制备技术的研究

论文摘要

采用添加不同比例的钒元素和铌元素,设计了Ti-45Al-4.5V-4.5Nb-0.3Y,Ti-45Al-6V-3Nb-0.3Y , Ti-45Al-7V-2Nb-0.3Y , Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y四种TiAl基合金。其典型的组织为近层片组织,相组成为γ相以及少量的B2、α2相和YAl2相。通过热模拟实验,确定Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金在高温下具有较低的流动应力,并表现出较好的塑性。进一步调整铝含量优化成分,得到Ti-41Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y和Ti-43Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金。Ti-41Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金在热变形过程中的峰值应力达到37.4Mpa,表现出较好的高温塑性,适合高温锻造及轧制。Ti-41Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y的抗压强度为2040Mpa,压缩率为23%; Ti-43Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y的抗压强度为1700Mpa,压缩率为19%。采用水冷铜坩埚真空感应熔炼工艺制备Ti-43Al-9V-0.3Y合金铸锭。结果表明,铸态TiAl基合金的相组成为α2、γ、BB2和少量的YAl2相,铸态组织的平均晶粒在80μm。采用包套锻造方法制备TiAl基合金饼材,锻后合金的相组成仍为α2、γ、B2和YAl2相。经过塑性变形和再结晶过程,合金中的片层组织消失,晶粒得到明显细化。采用包套轧制技术制备了表面质量良好的尺寸为368×120×2mm的TiAl基合金板材。轧态Ti-43Al-9V-0.3Y合金的显微组织为细小的近γ组织,γ晶粒平均尺寸约为20μm,B2相呈网络状分布在γ晶粒周围,此外,还有极少量细小的YAl2颗粒均匀分布在合金当中。轧态Ti-43Al-9V-0.3Y合金力学性能得以提高,抗压强度可高达到2901Mpa,压缩率为41.7%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 TiAl基合金相图及显微组织
• 1.2.1 TiAl基合金相图
• 1.2.2 TiAl基合金显微组织
• 1.3 TiAl基合金力学性能
• 1.3.1 强度
• 1.3.2 塑性
• 1.3.3 抗蠕变性
• 1.3.4 断裂韧性
• 1.4 TiAl基合金成形技术
• 1.4.1 铸锭冶金
• 1.4.2 粉末冶金
• 1.4.3 精密铸造
• 1.5 国内外TiAl基板材的研究状况
• 1.5.1 国外研究状况
• 1.5.2 国内研究状况
• 1.6 稀土元素在高温合金中的应用
• 1.7 课题的提出及主要研究内容
• 第2章 材料制备及实验方法
• 2.1 加工路线
• 2.2 TiAl基合金铸锭制备
• 2.3 均匀化热处理和热等静压
• 2.4 包套锻造
• 2.5 包套轧制
• 2.6 等温锻造模拟实验
• 2.7 显微组织及相分析
• 2.8 压缩性能测试
• 第3章 TiAl基合金成分设计及热模拟
• 3.1 引言
• 3.2 TiAl基合金成分设计
• 3.2.1 铝含量设计
• 3.2.2 钒含量设计
• 3.2.3 铌含量设计
• 3.2.4 钇含量设计
• 3.2.5 合金名义成分
• 3.3 TiAl基合金显微组织和相组成
• 3.3.1 TiAl基合金XRD分析
• 3.3.2 TiAl基合金显微组织分析
• 3.3.3 TiAl基合金能谱分析
• 3.4 TiAl基合金热模拟实验
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 真应力-真应变曲线
• 3.4.3 热压变形后宏观形貌及显微组织分析
• 3.5 TiAl基合金成分优化
• 3.5.1 铝含量的优化
• 3.5.2 优化后的相组成及组织分析
• 3.5.3 真应力-真应变曲线
• 3.5.4 室温压缩性能测试及断口分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 TiAl基合金板材的制备及组织性能
• 4.1 引言
• 4.2 TiAl基合金的熔炼
• 4.3 铸态合金显微组织分析
• 4.3.1 相组成
• 4.3.2 显微组织
• 4.4 锻造工艺的选择
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 包套材料的选择
• 4.4.3 包套厚度的选择
• 4.4.4 锻造温度的选择
• 4.4.5 变形速率的选择
• 4.5 锻饼制备及锻态显微组织
• 4.6 板材制备及轧态显微组织
• 4.6.1 轧制包套材料的选择
• 4.6.2 轧制工艺的制定
• 4.6.3 相组成及显微组织
• 4.7 轧态室温压缩性能测试及断口分析
• 4.7.1 压缩曲线
• 4.7.2 断口分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢