TiAl叶片热扭转成形工艺及组织与性能研究

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1、硕士学位论文TiAl叶片热扭转成形工艺及组织与性能研究MICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFHOTREVERSEFORMINGTiAlBLADE付志楠哈尔滨工业大学2016年4月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开硕士学位论文（工程硕士）TiAl叶片热扭转成形工艺及组织与性能研究硕士研究生：付志楠导师：卢振副研究员申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：哈尔滨东安发动机（集团）有限公司答辩日期：2016年4月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:621.7Disserta

2、tionfortheDegreeofM.Eng.MICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFHOTREVERSEFORMINGTiAlBLADECandidate：FuZhinanSupervisor：Asso.Res.LuZhenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringDonganHarbinengine(Group)Co.,Affiliation：Ltd.DateofDefence：April,2016Degree-Conferring-Ins

3、titution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要TiAl合金是当前颇具发展前途的轻质高温结构材料，近年来已经越来越多的得到了人们的重视，航空发动机叶片对TiAl合金的需求十分迫切。发动机叶片具有复杂的三维扭曲结构，而TiAl合金强度高硬度大难以加工也是公认的难题。本课题提出将粉末冶金与精密热成形技术相结合的新方法，即通过高温热压烧结制备TiAl合金，分析材料的高温变形特征、高温摩擦及变形过程中组织演变规律，进而进行叶片热扭转成形工艺研究，实现材料制备与成形的全过程控制。研究所用原材料为Ti、Al元素粉末，热压烧结前将元素粉末按一定比

4、例混合后，将复合粉末在高纯氩气保护下进行热处理，热处理目的为使元素粉末间发生反应来消除低熔点相。研究了预合金粉末的热压烧结工艺，分析了成形工艺参数对合金密度、成分、微观空洞以及晶粒形貌的影响规律，同时揭示了预合金粉末热压烧结后合金的综合力学性能。为了解决合金高温挤压过程存在的变形不均匀问题，研究分析了热压烧结TiAl合金高温摩擦特性，并优选了高温润滑剂。通过真空热压设备进行了TiAl合金高温摩擦测试，分析发现氮化硼润滑条件下摩擦系数为0.11，适宜作为TiAl合金板材高温热扭转过程中的润滑剂。通过高温压缩实验探索了预合金粉末热压烧结合金高温变形行为，明确了不同温度下的流动应力及变形量。设计

5、并制作TiAl叶片热扭转成形模具，进行了TiAl叶片的热扭转成形实验，分析了影响叶片形状和尺寸精度的关键因素，揭示了成形工艺参数对TiAl叶片回弹及叶片厚度的影响规律。分析了热扭转成形后TiAl合金微观组织演变特征，由于高温下TiAl叶片不同部位受力及变形不同，研究揭示了TiAl叶片不同部位的微观组织形貌，并分析了成形工艺对微观组织演变的影响。另外，热扭转成形后材料力学性能的变化也是本文的研究重点，由于TiAl叶片为三维扭曲结构，进行高温力学性能分析时制样困难，所以本研究设计并进行了高温塑性变形的模拟试验。为了促进TiAl合金叶片的应用化进程，研究最后对合金高温抗氧化性能进行了系统分析。关

6、键词：预合金化；真空热压烧结；TiAl合金；热扭转成形；叶片-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTiAlalloysarepromisingasthelightweightmaterialservedinelevatedtemperature.Inrecentyears,theyarepaidmoreandmoreattention.Inthecaseofthebladeofaircraftengine,thereareurgentdemandsforTiAlalloys.Thebladeischaracterizedbyacomplexthree-dimensionals

7、crollstructure.However,duetoit’shighstrengthandhardness,itisdifficulttoprocess.Inthispaper,anovelcombinationofpowdermetallurgy(PM)andhotprecisionformingwasproposed,i.e.,theTiAlalloyisfabricatedbyhotpressingsinter