tial及felt3gtal金属间化合物的大晶粒超塑性研究

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1、@上海交通大学博士学位论文摘要TiAI及Fe3Al金属间化合物的大晶粒超塑性研究摘要对于难加工的金属间化合物的超塑成形，大晶粒超塑性具有独特的优势，无须事先进行复杂的热机械处理以获取细晶组织；形变后晶粒细化且一般不产生空洞，可以改善材料的力学性能。对大晶粒超塑性的研究可以为金属间化合物成形工艺寻求一经济可行的路线，阐明金属间化合物高温变形中的组织演化规律，并丰富和完善超塑性理论。当前对金属间化合物大晶粒超塑性的研究主要是要解决两个问题，其一是大晶粒超塑性是否具有普遍性；其二是大晶粒超塑性的确切机制。针对这两个问题，本文

2、选取了1，一TiAl和Fe3Al这两类晶体结构截然不同的金属间化合物作为研究对象，系统考察了两种准单相的v．TiAl合金：Ti一47A1-2Cr一2Nb-1B(TiAlCrNbB)和Ti-47A1—2Mn-2Nb一1B(TiAlMnNbB)在1025。C～11000c和4×10一～1．28×10七S。1的温度及应变速率范围内的高温流变行为，以及Fe一28A1和Fe一28A1．2Ti两种Fe3A1合金在中高温度(6000C～8000c)的流变行为。通过光学金相、取向成像显微术(9IM)和透射电子显微术等手段研究了上述合金

3、在形变过程中的组织演化。1结果发现：L10结构的v．TiAl合金可实现大晶粒超塑性、对经锻造处理的TiAlMnNbB合金，多数条件下可获得超过200％的延伸率，在1100。C和4×104S‘1的条件下可获得287．5％的最大延伸率；铸态且晶粒更大的TiAlCrNbB合金，在1050。C以上能获得大于100％的延伸率，最大为170％。在所研究的变形条件下，两种TiAI合金的流变行为基本上都表现出强烈的应变软化特征，在较高应变速率下，流变曲线上往往存在明显的平台。这种对应准稳态流变的平台被认为是由形变诱发孪晶所导致。对Ti

4、Al合金流变曲线的位错动力学分析表明，在准稳态流变阶段，晶内位错密度较低，仅在10比m‘2的数量级。B2结构的Fe3Al合金在中高温时就能实现大晶粒超塑性，其中Fe一28A1．2Ti在6500C(0．54~0．55L)即具有超过200％的延伸率。两种Fe3A1合金在所研究的温度和速率范围均呈现加工硬化特征和较长的加工硬化阶段。Fe一28A1．2Ti合金的加工硬化率对温度的衰减率(dh／dr)高于Fe一28A1合金，而加工硬化率随应变的衰减率(dh,／dz)．贝lJ更低，相应地有更好的超塑性能。在较高温度下，两种合金均出

5、现初期软化现象，原单调加工硬化阶段一l一④上海交通大学博士学位论丈摘要分裂成具有不同斜率的两段，而前一段的斜率可以是负值，此时完整的流变特征表现为硬化(初期)专软化专轻度硬化(或准稳态)_软化寸断裂。这种软化现象出现的应变量低于0．1。TiAl和Fe3A1合金的超塑性表观激活能均接近体扩散激活能。TiAl合金的应力指数为3~4，Fe3Al的应变指数为3～6(Fe．28A1，6500C～800。C)和3～7(Fe-28A1．2Ti，600。C～750。c)，均对应位错蠕变过程。Fe3A1合金测得的激活体积在b3数量级，对

6、应位错攀移控制的速率机制。TiAl和Fe3A1合金在形变过程中均发生了以亚晶形成为标志的连续回复与再结晶，并最终导致晶粒细化。较低温度(6500c1变形的Fe。28A1．2Ti合金组织出现明显的拉长特征，形成扁平状的晶粒。这种晶粒的拉长是位错滑移的特征，并被亚晶界对原始大晶粒的纵向分割所强化。在该温度下小变形量的样品中观察到相交的滑移带。除原始大角度晶界的连续破坏外，在两类合金中都存在亚晶界和大角度晶界的动态生成及随应变进行的连续演变现象。在TiAlCrNbB和TiAIMnNbB合金中曾分别观察到取向差为10。～500

7、和50～30。的新晶界的产生。Fe，A1合金大角度晶界的分布具有倾向性，有几类CSL晶界占有较高的比例，其分布特征和温度、应变速率以及形变量有关。Fe．28A1．2Ti形成CSL晶界的趋势远高于Fe。28A1合金。TiAI及Fe3A1合金超塑变形的亚结构特征基本相同。亚晶界在小变形量时主要分布在晶界和三岔节点附近，并发端于晶界不规则或台阶处，随形变进行向晶内扩展；亚晶的尺寸及其在晶内的分布很不均匀，并和再结晶晶粒的不均匀性相对应；亚晶内的位错密度相对较低。上述特征明显不同于ClassI固溶体的蠕变组织特征，这两类合金的

8、微观速率控制过程是受体扩散控制的位错的攀移而非粘滞滑移。以位错交滑移和攀移形成亚晶界，以及亚晶界吸收晶内位错造成取向差连续增大进而形成小角度晶界和大角度晶界的亚晶回复与再结晶(转动再结晶)机制是TiAl和Fe，A1合金大晶粒超塑性的主要协调机制，变形量则主要由晶内位错的滑移提供、—／弋厂、关键词：金属问化合物，大晶粒超塑性，连续回