轻质高温tial金属间化合物合金及其制备加工的科学技术基础

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1、项目名称：轻质高温TiAl金属间化合物合金及其制备加工的科学技术基础首席科学家：林均品北京科技大学起止年限：2011.1至2015.8依托部门：教育部二、预期目标1总体目标：获得新型轻质高温TiAl合金及其制备与加工技术基础，促进其产业化和应用，满足国家经济和社会发展对轻质高温材料的重大需求。即采用低密度的新型高温材料替代现有的高温合金，以降低重量；另一方面采用新型轻质高温材料可以大幅度降低燃料消耗。发展新型轻质高温材料可以大幅度提升我国民用工业和航空航天等工业的水平，有效减少能源消耗、实现社会可持续发展。在高温TiAl合金设计理

2、论基础及强韧化机制、高温TiAl合金凝固过程组织及缺陷的调控机制、高温TiAl合金粉末冶金制备过程的流变塑变理论、针对金属间化合物特性建立性能表征方法和评价体系研究上获得突破。在此基础上，发展和形成高温TiAl合金材料制备与成形加工整套技术的科学基础，主要包括：高温TiAl合金不同使用条件下材料成分和组织优化，高洁净度铸锭的制备新熔炼技术基础、铸锭的热加工新技术、部件熔模精密铸造特殊技术、冷坩埚定向凝固新技术、高性能粉末冶金板材的新技术。同时制备出各种全尺寸样件，为进一步向部件性能测试试验发展打下基础。以铸造叶片为重点，突破从小试

3、样到批量生产的瓶颈关键技术基础。针对铸造、热变形和粉末冶金三类加工技术发展的高温TiAl合金的材料成分范围为：Ti-（44-46）Al-（6-9）Nb-（0-2.5）W,B,Y,Mn（这些元素都是微量元素，只有Mn可高到2.5）对于铸造合金：Nb含量取低限，添加B（稍高含量）、Y和Mn等；对于变形合金：Nb含量取中间值，添加W、B（较低含量）、Y等；对于粉末冶金板材：Nb含量取高限，添加W、Y，Mn等。高温TiAl合金使用温度达到900℃，900℃的抗氧化性按航标达到抗氧化级，对于三种典型部件：铸造叶片样件:尺寸为长350-400

4、mm、宽50-70mm900℃强度达到450MPa，室温拉伸塑性1-2%；锻件:尺寸为直径400-600mm、厚50-100mm900℃强度达到400MPa，室温拉伸塑性大于2%；粉末板材：宽度400-500mm、厚1-2mm；900℃强度达到400MPa，室温拉伸塑性2-3%。研究成果将发表高水平学术论文200篇以上，申请国家发明专利20项以上，国家和省部级科技成果奖3项以上；培养优秀青年科技人才15人以上，造就一支高水平的具有创新与攻坚能力的研究队伍，形成优秀创新群体；建设本领域高水平的基础研究和技术创新基地。2五年预期目标：

5、通过系统深入的研究，构建高温TiAl金属间化合物材料理论和制备加工理论基础，在精密铸造等形成关键示范技术，实现总体预期目标。具体内容包括：（1）高温TiAl合金成分-组织-性能设计和优化原理揭示针对高温下使用和具体制备加工技术的、多组元高温TiAl合金的相关系和强韧化机制，获得高温TiAl合金设计和优化原理。揭示高温TiAl合金多相有序结构的动态回复和动态再结晶规律。（2）高洁净度、均质大尺寸TiAl合金铸锭的熔炼和加工科学基础建立等离子冷床熔炼高温TiAl合金的均质化和纯洁度控制方法，揭示熔炼工艺路线和工艺参数对铸锭夹杂物去除效

6、果及成分组织均匀性的影响规律。探索出适合高温TiAl合金型材的均质、纯净的大尺寸铸锭制备技术；通过高温TiAl合金包套挤压结合等温锻造工艺细化和均匀化组织，通过增加高温β相提高热变形能力，从而研制出组织均匀细小的大尺寸挤压棒材、锻造饼材、板材。（3）高温TiAl合金熔模铸造关键科学技术基础通过Nb、Al含量控制避免包晶相变以减少偏析和细化组织；揭示高温TiAl合金在多场作用下铸造充型特性、壁厚效应以及熔体与型壳反应形成表面硬化层的规律，形成细晶铸造并有利于减少糊状区的变质处理及流场控制技术，建立以铸造为成形工艺路线的高温TiAl合

7、金优化设计基础，掌握铸件冶金质量及表面硬化层的控制方法。（4）高温TiAl合金冷坩埚定向凝固新技术基础开发出冷坩埚定向凝固高温TiAl合金大尺度坯锭的成分优化与冶金行为控制技术，阐明合金定向凝固坯锭的凝固组织演化规律；建立高温TiAl合金定向凝固坯锭的凝固组织及凝固缺陷的演化模型；揭示定向凝固合金的力学性能与定向组织状态的相关性，建立高温TiAl合金典型构件的定向凝固成形的理论基础。（5）高温TiAl合金板材的粉末冶金及轧制新技术基础研究通过添加β相稳定元素和高Nb合金化制备出的含高比例β相的高温TiAl合金粉末，促进其后续轧制的

8、热变形能力，保证大变形量大尺寸板材的制备；建立粉末冶金合金致密化过程微缺陷形成和控制理论，在应力场、温度场、速度场及外在约束等多场耦合作用下，板材轧制过程中的精确变形流动理论。建立从合金粉末-热等静压致密化-热机械处理-包套轧制制备大尺寸TiAl合