真空热压烧结TiAl基合金组织性能及热变形行为研究.pdf

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1、硕士学位论文真空热压烧结TiAl基合金组织性能及热变形行为研究STUDYONMICROSTRUCTURE,PROPERTIESANDHOTDEFORMATIONBEHAVIOROFTIAL-BASEDALLOYFABRICATEDBYVACUUMHOT-PRESSINGSINTERING张灵佳哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文真空热压烧结TiAl基合金组织性能及热变形行为研究硕士研究生：张灵佳导师：张文丛教授申请学位：工

2、程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONMICROSTRUCTURE,PROPERTIESANDHOTDEFORMATIONBEHAVIOROFTIAL-BASEDALLOYFABRICATEDBYVACUUMHOT-PRESSINGSINTERINGCandidate：ZHANGLingj

3、iaSupervisor：Prof.ZHANGWencongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着汽车和航

4、空发动机领域对轻质高强要求的不断提高，TiAl基合金作为轻质结构材料，具有低密度，高比强度，高比刚度和优异的高温力学性能等优点，可以部分替代镍基高温合金等高密度部件。但TiAl基合金室温低塑性和较差的热加工性限制了其广泛的工程应用。因此，本文通过粉末冶金的制备方法和热加工工艺来调控和细化TiAl基合金组织，以期提高其力学性能。采用名义成分为Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B(原子分数,%)预合金粉末在不同温度下进行真空热压烧结制备合金，研究烧结温度对组织演化，室温和高温性能的影响。TiAl基合金在1200

5、、1275、1300和1325oC温度下进行烧结，分别获得平均晶粒尺寸为3μm和5μm的近γ组织和双态组织，平均晶团尺寸为70μm和120μm的近片层组织和全片层组织。烧结过程中，原始预合金粉末中亚稳的α2相向平衡γ相转变，随着温度升高至α单相区，大量的γ向α相转变，在冷却过程中由于共析反应γ在α中析出，形成α2/γ片层组织。上述四种烧结温度的组织室温压缩工程应变均高于30%，但室温拉伸延伸率仅为0.2~0.34%，其中近片层组织800oC高温拉伸延伸率增高至5%，断裂强度提升至500MPa附近。对烧结温度为1

6、300oC的TiAl基合金在以下条件进行热模拟试验：变形温度为1050~1250oC，应变速率为0.01~0.5s-1，真应变为0.7，研究其热变形行为。结果表明，流变应力随着变形温度的降低而增加，随着应变速率的增加而增加，求得烧结态TiAl基合金的热激活能为664.75kJ/mol。根据显微组织可知，合金中片层组织发生弯折和扭转，部分片层破碎，大量片层组织的取向与压缩方向垂直；随着变形温度的升高，组织中β(B2)相和γ相含量下降；变形温度为1250oC，当应变速率增大，组织中出现大量的动态再结晶α晶粒，片层间

7、距减少至不足20nm。合金的加工硬化是由位错密度的增加所致，流变软化机制为动态再结晶，片层组织的弯折和扭转。结合热模拟试验结果，选取TiAl基合金热包套挤压温度为1240oC，研究挤压后合金组织演化及力学性能等问题。挤压后组织由细小的片层组织和呈直线分布的γ相组成，由于强烈的塑性变形，α2相出现<10-10>α2∥ED和<2-1-10>α2∥ED织构，由于在片层组织中γ相与α2的位相关系，因此存在<110>γ∥ED织构，以及再结晶织构<211>γ∥ED。对比热处理后的挤压态TiAl基合金的显微组织和力学性能，可

8、知，当热处理温度为900~1100oC时，出现等轴的再结晶γ和αo2晶粒，当温度增高至1250C，开始出现片层组织；由于热处理后合-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文金内部由于空冷所产生的内应力释放，因而显微硬度有所降低，热处理温度为1100oC和1200oC时室温压缩应变量提升至35%，经900oC热处理，组织内仍保留变形时的织构，α2相滑移系方向与拉应力平行，位错易于开动，室温延伸