热处理对Ti-43Al-9V-Y合金显微组织及力学性能的影响

论文摘要

TiAl合金薄板在航空航天等领域具有重要的实用价值,本文针对TiAl金属间化合物较脆和热加工性差的缺点,采用包套技术制备了Ti-43Al-9V-Y合金锻坯和板材及Ti-43Al-9V-Y/Ti-6Al-4V复合板材,为了提高热加工性和板材服役的性能指标,本文主要研究了热处理对Ti-43Al-9V-Y合金的显微组织和力学性能的影响。研究发现,锻坯中心区原始组织有少量α2/γ层片团,其尺寸约为5μm,体积分数约5%,较多的B2相板条分布在γ相中,其余为块状的B2相和γ等轴晶;在1250℃保温30min后,α2/γ层片团略有长大,块状B2相和γ等轴晶更加细小,形成了更多的B2/γ层片;在1270℃保温30min后,B2/γ层片基本消失,形成了大量的α2/γ层片团,其尺寸约40μm,体积分数约70%,其余为呈网络状包围着层片团的γ板条和B2相;在12901310℃保温2040min形成全层片。随温度的升高和保温时间的延长B2相体积分数减少,γ等轴晶的尺寸没有明显变化。热处理对锻坯边缘区显微组织的影响有相同的规律,但是转变滞后。经1300℃30min热处理后获得的全层片组织的锻坯中心区合金在700℃拉伸应变速率为1×10-4 s-1时延伸率为4.23%,抗拉强度为639.46 MPa;应变速率为5×10-4时延伸率为2.83%,抗拉强度为714.39700MPa,可见随应变速率的提高,抗拉强度升高而塑性降低。由1270℃30min热处理后的锻坯中心区和边缘区合金在700℃应变速率为1×10-4拉伸时抗拉强度相近,约为623 MPa,但是中心区有更好的延伸率（2.37%）,后者延伸率仅为1.67%;在800℃应变速率为5×10-4拉伸时,中心区的延伸率为16.33%,抗拉强度为468.82MPa,边缘区的延伸率为18.47%,抗拉强度为439.63 MPa。在12701320℃保温30min后锻坯边缘区合金的力学性能以1300℃和1310℃为佳,1300℃时延伸率为2.33%,抗拉强度为650.99 MPa,1310℃时延伸率为2.50%,抗拉强度为654.40 MPa;而在1320℃时延伸率为1.60%,抗拉强度为636.86 MPa。原始轧态没有流线,全部为细小的近γ组织,γ晶粒尺寸约为15μm,B2相呈网络状分布在γ晶粒周围,细小的富钇相颗粒弥散分布;在1250℃保温30min后仍然为近γ组织但γ等轴晶略有长大,B2相减少;在保温时间为20min时,随保温温度从1290℃上升至1320℃,B2/γ层片增多,B2相和γ等轴晶减少,透射观察发现有γ层片形成;保温时间为30min和40min时,在1290℃形成了少量B2/γ层片,在1300℃B2/γ层片的体积分数增多,到1310℃B2/γ层片的体积分数到达最大值,此时已有少量α2/γ层片团形成,到1320℃B2/γ层片急剧减少,α2/γ层片团大量形成,其体积分数约80%。原始轧态Ti-43Al-9V-Y合金在800℃拉伸,应变速率为1×10-4时,延伸率为21.26%,抗拉强度为385.37MPa;应变速率为5×10-4时,延伸率为5.74%,抗拉强度为452.31MPa;应变速率为10×10-4时,延伸率为2.60%,抗拉强度为471.45MPa;应变速率为50×10-4时,延伸率为0.75%,抗拉强度为483.57MPa。可见随应变速率的提高,延伸率下降而抗拉强度提高。在复合板材Ti-6Al-4V合金与Ti-43Al-9V-Y合金的结合处,由于Ti、Al、V元素发生了扩散,形成了一条宽约250μm的界面带。界面处结合良好,无裂纹及孔洞。界面带分为较为明显的三层:第一层为高V含量的γ相,为断续的链状,厚度约5μm;第二层含有大量取向无序的片状γ分布在B2的基体中,厚度约为80μm;第三层为扩散形成的过渡层,可能为B2和α2两相共存。界面剪切强度为335.7MPa。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 TiAl 合金的相图和显微组织
• 1.2.1 Ti-Al 金属间化合物的基本组成相
• 1.2.2 TiAl 合金的显微组织
• 1.3 TiAl 合金的力学性能
• 1.3.1 强度
• 1.3.2 断裂韧性
• 1.3.3 抗蠕变性能
• 1.3.4 室温塑性及其改善
• 1.4 TiAl 合金的成形技术
• 1.4.1 精密铸造
• 1.4.2 粉末冶金
• 1.4.3 锻造和挤压
• 1.5 TiAl 合金板材的成形方法
• 1.5.1 铸轧技术
• 1.5.2 粉末冶金-轧制技术
• 1.5.3 叠层Ti 箔/Al 箔的轧制复合-高温扩散技术
• 1.5.4 物理气相沉积技术
• 1.5.5 激光成形技术
• 1.5.6 喷射沉积-轧制技术
• 1.5.7 铸锭冶金-包套轧制技术
• 1.5.8 铸锭冶金-等温轧制技术
• 1.5.9 热挤压-轧制技术
• 1.5.10 等离子喷涂-轧制技术
• 1.6 TiAl 合金板材的加工
• 1.7 主要研究内容
• 第2章 材料的制备及实验方法
• 2.1 TiAl 合金材料的制备
• 2.1.1 铸锭制备
• 2.1.2 热等静压
• 2.1.3 包套锻造
• 2.1.4 包套轧制
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 热处理
• 2.2.2 显微组织和相分析
• 2.2.3 高温拉伸性能测试
• 第3章 热处理对锻态Ti-43Al-9V-Y 合金组织性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 Ti-43Al-9V-Y 合金的相变过程
• 3.3 取样位置
• 3.4 热处理对过渡区锻态Ti-43Al-9V-Y 合金组织的影响
• 3.4.1 原始锻态显微组织
• 3.4.2 显微组织的演变
• 3.5 热处理对中心区域锻态Ti-43Al-9V-Y 合金组织的影响
• 3.5.1 中心区原始锻态显微组织
• 3.5.2 显微组织的演变
• 3.6 锻态Ti-43Al-9V-Y 合金高温拉伸性能
• 3.7 本章小结
• 第4章 热处理对轧态Ti-43Al-9V-Y 合金组织性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 不同热处理后轧态的显微组织
• 4.3 轧态高温拉伸性能及断口分析
• 4.3.1 拉伸性能
• 4.3.2 断口形貌
• 4.4 本章小结
• 第5章 TiA1/TC-4 复合板材的制备及组织性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 TiA1/TC-4 复合板材的制备
• 5.2.1 TiAl 合金材料的制备
• 5.2.2 复合板材的制备
• 5.3 TiA1/TC-4 复合板材的显微组织与相分析
• 5.4 界面剪切强度
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢