镍微合金化钛铝合金近等温热加工组织及力学性能研究

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1、东北大学硕士学位论文摘要镍微合金化钛铝合金近等温热／jn-r-组织及力学性能研究摘要．r—TiAl合金具有密度小、比强度高和抗氧化性好等优点，是现代航空、航天和汽车发动机行业最具潜力的高温结构材料之一。热机械处理在改善其室温脆性方面发挥了主要作用，但由于TiAl合金铸态组织层片团的力学性能存在强烈的各向异性，合金热加工性能不理想；另一方面合金变形组织不均匀，也影响了后续部件的成形和最终性能的可靠性。研究发现，镍微合金化可显著提高钛铝合金的热加工性，促进了变形钛铝的实用化。本论文实验研究不同变形形式和不同变形量近等温变形后的组织形貌、在热处理中的组织转变规律及其典

2、型组织的性能，以作为变形nAl合金工程应用的基础。采用光学显微镜、定量显微图像分析仪、扫描电镜和室温拉伸、800"C高温拉伸等手段，研究了镍微合金化钛铝合金TI-46．3AM．OV一1．0Cr-0．5Ni(at．％)的50％、60％和70％变形量近等温锻造和70％变形量挤压变形组织特征、a单相区、(Ⅱ+Y)双相区和近共析温度热处理过程组织转变规律及其组织特征、细化和均匀化组织的热处理工艺，并测试了所得到典型组织的拉伸性能，在扫描电镜下观察了拉伸断口的特征，并分析其与性能的关系。研究50％、60％和70％变形量锻造饼坯和70％变形量挤压棒材变形组织宏观和微观特征发

3、现，变形组织中均包含再结晶等轴晶粒、平直、折曲或弯曲n2／v层片结构三种组织形态，难变形区、自由变形区和均匀变形区内变形组织特征存在差异，这种差异随变形量增大而变小，即增大变形量可以促进动态再结晶使均匀变形区扩大，提高组织均匀性。定量分析表明，即使在均匀变形区由于动态再结晶不完全也不均匀，等轴晶粒数量少，等轴晶粒分布在具有不同形态特征的a2／y层片结构基体上，这种不均匀组织对合金力学性能不利。通过研究挤压棒材横、纵截面宏观和微观变形组织特征，发现挤压变形组织流线和等轴晶粒分布较均匀。研究不同变形量、不同变形区锻造变形组织在双相区相同热处理制度的组织转变结果发现，

4、不同变形区的组织在热处理后仍难以均匀，而提高变形量有利于静态再结晶充分和均匀发生。试验研究了均匀变形区组织在n单相区、(n+Y)和(a，+Y)双相区热处理的组织转变规律，从而确定了获得细小等轴双态(DP)组织和细小全层片组织(FFL)I拘热处理制度。双态组织等轴晶粒体积分数为46．6％，东北大学硕士学位论文摘要等轴层片团和等轴晶粒尺寸约为14．6Hm。细小全层片组织层片团尺寸约为100u111。观察热处理再结晶组织发现，双态组织中残留有少量较大平直层片结构，组织均匀性不足，全层片组织也因变形组织中有残留层片结构而不均匀。采用在相对均匀的细小双态组织基础上进一步在

5、a单相区重结晶处理的细化和均匀化热处理工艺，在空冷条件下获得细小均匀全层片组织。参照锻造变形组织热处理的组织转变效果，在相应热处理制度下对比研究了挤压变形组织的转变效果，发现在(o+y)双相区热处理再结晶完全，残留的层片结构消失，但组织尺寸不均匀。而在近共析温度退火处理可以保留变形流线中较均匀分布的组织形貌。在(n+Y)双相区热处理获得的细小等轴双态组织，其室温拉伸抗拉强度为620MPa，屈服强度为440MPa，断后延伸率为2．5％。在(Ct+Y)双相区热处理基础上进一步在a单相区重结晶处理获得的细小全层片组织，其室温拉伸抗拉强度为625MPa，屈服强度为465

6、MPa，断后延伸率为1．5％。利用近共析温度退火获得的挤压流线组织，其室温拉伸断后延伸率为3％，屈服强度为535MPa，抗拉强度为650MPm其800。C高温拉伸断后延伸率为156％，屈服强度为365MPa，抗拉强度为400MPa。可见，采用近共析温度退火的挤压变形流线组织的拉伸性能高于双态组织和全层片组织。SEM观察表明，TiAl台金室温拉伸断口均呈现为脆断。全层片组织合金断口上主要是穿晶(穿层和分层)解理断裂，双态组织和挤压流线组织合金为准解理和沿晶断裂。通过分析断口形貌特征提出在等轴晶粒数量较多的组织中裂纹在等轴晶粒和层片团界面起裂，在层片团为主的组织中裂

7、纹在层片界面或层片团交线处起裂。在挤压流线组织中由于层片结构存在一定的方向性，易在与拉伸轴平行的层片间界发生二次裂纹，促进主裂纹的分支钝化，阻碍裂纹扩展，因而拉伸试样能在达到较大载荷和更多的塑性应变下失效。关键词镍微合金化钛铝合金锻造挤压热处理组织特征拉伸性能．111．东北大学硕士学位论文ABSTRACTMicrostructuresandMechanicalPropertiesofNearIsothermalHot—woNedTiAIAlloyContainingMinorNiAbstractY．TiAIbasedalloysexhibitnumerousat

8、tractiveprop