大尺寸TiAl合金VAR铸锭热变形特性研究

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1、大尺寸TiAI合金VAR铸锭热变形特性研究HotDeformationCharacteristicsofLargeScaleTiAIAlloyVARIngot中航工业北京航空材料研究院高帆李臻熙【摘要】采用Gleeble．1500热模拟试验机研究了变形速率为10一～10¨S1，变形温度为1000～1200。C时，大尺寸TiAI舍金VAR铸锭的热变形特性。结果表明，与实验室中制备的小尺寸铸锭相比，大尺寸TiAI合金VAR锭的具有更高的加工硬化率和应变速率敏感系数，其发生动态再结晶所需的激活能更大，为4

2、93kJ／tool。构建出了合金的本构关系，经验证本构关系计算得出的数据与试验数据偏离较d、。关键词：TiA!合金热变形VAR铸锭IABSTRACTlThehotdeformabtionofindustrialscaleTiAlingotisstudiedbyGleeble．1500．Thedeforma-tiontemperatureis1000—1200oC。anddeformationstrainratesislff5．10”S～．TheresultsshowthatTiAlalloy、，AR

3、ingotexhibitshigherhardeningindexandsensitivecoeffi-cientofstrainrate．Thecalculatedactiveenergyis493kJ／m01．Theconstitutiveequationisestablishedbyanalyzingthetruestress．straincurves．Theresultsshowthattheval．uesofpredictionandexperimentisquitesimilar．Key

4、words：删alloyHotdeformabilityVARin-gotTiAl合金具有高的比强度、比模量，优良的抗蠕变和抗氧化性能，是当前颇具发展前途的轻质高温结构材料Il】，然而其固有的室温脆性和苛刻的加工窗口在很大程度上限制了其工程化应用进程口】。热加工【31(锻造、挤压等)是有效改善TiAl合金组织，提高合金室温塑性和高温变形性能行之有效的方法，为此近些年来TiAl合金的变形特性得到了大量研究，如微量Ni可以减小合金的峰值应力，降低合金流变软化程度，改善合金的流变行为。HeeY．kim等人

5、发现在近)，、双态、全层片3种典型TiAl合金组织中，近)，组织具有最小的峰值应力及软化程度。V．seetharaman等人研究了不同尺寸层片团组织的热变形行为，发现层片团尺寸越小，峰值应力越小，软化程度越小[4"710并且已经在实验室中成功对TiAI合金进行了锻造、挤压，获得了优异的变形组织及较好的力学性能。然而，目前大多数TiAI合金热变形特性的研究多是针对实验室中真空感应熔炼制备的小68航空制造技术·2014年第12期尺寸铸锭，其直径一般小于90ram【4-81。随着冶炼技术的发展，采用真空自

6、耗电弧方法制备直径在200ram以上的TiAI合金铸锭已成为可能，但由于冶炼方法的改变、铸锭直径的扩大，铸锭组织与小尺寸铸锭将会有明显差异。而目前对真空自耗方法制备大尺寸TiAl合金铸锭热变形行为的研究仍较少。本文研究了温度在1000—1200℃范围内，应变速率为10-3_10％～，变形量为50％条件下3次真空白耗冶炼200mm直径TiAl合金铸锭的热变形特性，构建了合金的高温流变应力模型，以期为大尺寸TiAI合金铸锭的热加工研究奠定理论基础。1试验材料及方法采用3次VAR(真空白耗电弧熔炼)工艺制

7、备出西200mmTiAl合金铸锭，铸锭组织为全层片组织，如图1所示。沿铸锭轴向切取西7ramX10ram圆柱试样用以研究铸锭的热变形行为(取样位置如图2所示)，圆柱试样两端面带有深0．2ram的凹槽，用于填充玻璃润滑剂以减少由端面摩擦引起的不均匀变形，实现单轴压缩变形。热压缩试验采用Gleeble一1500热模拟试验机，试验温度范围为1000—1200℃，试压缩应变速率范围为10—3～10％～。所有压缩试样均以20。C／s的加热速度加热，温度升高至试验温度后保温5min以保证温度分布均匀，然后开始压

8、缩变形，压下量为50％，通过设备传感器记录变形过程中的载荷一位移关系曲线，压缩过程中，由焊接在试样侧面中部的热电偶实时测量温度，并通过闭(a)低倍组彰图1TiAI合金VAR铸锭Fig．1TiAIalloyVARingot图2Gleebie试样切取位置示意图Fig．2Schematicdrawingofhotcompressivespecimens环温控系统实现等温变形。将压后试样水淬冷却以保留材料的高温组织。2试验结果与讨论2．1真应力一真应变曲线真应力一真应变曲线可