粉末冶金TiAl合金的包套轧制工艺及其热处理研究

摘要

TiAl基合金具有密度低、比强度高、比刚度高，以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能，是一种非常有潜力的轻质高温结构材料，在航空航天、汽车制造等工业领域有着广阔的应用前景。而制备无缺陷的板材是该合金工程化应用的关键。本文比较系统的研究了粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo(at.％)合金的直接包套轧制工艺，并对轧态合金板材的热处理工艺进行了探索。同时，采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和室温拉伸试验等手段检测分析了不同轧制工艺和热处理工艺对TiAl合金板材的显微组织和室温力学性能的影响，为大尺寸TiAl合金板材的热加工工艺参数制定和优化提供了理论指导。本研究的主要结论有以下几点:
　　 (1)通过设计适当的包套方案和热包套轧制工艺，热等静压态的粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金能在普通热轧机上直接轧制出完好的薄板材。实验室中已轧制出了宽度超过150mm的完好板材，最小厚度可达1mm。1280℃时，轧制速度为1.4m/min，道次变形量25％条件下轧制的总变形量为60％的板材最高室温极限抗拉强度可达789MPa，其伸长率为2.5％。
　　 (2)变形温度和道次变形量对TiAl合金的塑性变形性能影响很大，Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金的初始轧制温度不能低于1250℃，但也不宜高于1300℃。初始道次变形量不应大于25％。提高轧制温度、增大道次变形量能提高板材的力学性能。但总变形量较大时则会降低板材的力学性能。合适的轧制工艺制度为:轧制温度1280℃，轧制速度2.4m/min，道次间退火3～5min，道次变形量不超过25％，同时总变形量不超过70％。此时，板材具有良好的强度与塑性匹配。
　　 (3)双态组织TiAl合金板材在1150℃退火2h，将转变为近γ组织。合金中的层片晶团体积分数和晶团尺寸均随固溶处理温度升高以及时间延长而增加。层片间距则随固溶处理温度升高以及时间延长而减小，也即是随层片晶团尺寸的增大而细化。轧态合金的α相转变温度在1300℃至1310℃之间。轧态合金经1150℃预处理后，再在1310℃进行固溶处理15min并随即炉冷至900℃进行稳定化处理2h后能获得比较均匀、细小的全层片组织。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 TiAl基合金的研究现状

1．2．1 TiAl基合金的晶体结构

1．2．2 TiAl基合金的显微组织与性能

1．2．3 TiAl基合金的塑性变形机理

1．2．4 TiAl基合金的研究与应用

1．3 TiAl基合金的热塑性加工

1．3．1 锻造

1．3．2 包套挤压

1．3．3 板材轧制

1．4 γ-TiAl基合金热处理

1．5 本论文研究的目的、意义以及内容

第二章 实验材料与方法

2．1 实验材料的制备

2．2 研究路线

2．3 包套的设计及选材

2．4 热包套轧制及热处理

2．5 显微组织检测与分析

2．6 室温力学性能的测试

第三章 粉末冶金TiAl合金的包套轧制及显微组织和力学性能研究

3．1 引言

3．2 粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0．2Mo合金原始组织

3．3 轧制温度对TiAl合金板材显微组织及力学性能的影响

3．3．1 实验过程

3．3．2 轧制温度对板材成形性能的影响

3．3．3 轧制温度对板材显微组织的影响

3．3．4 轧制温度对板材力学性能的影响

3．4 道次压下量对TiAl合金板材显微组织及力学性能的影响

3．4．1 实验过程

3．4．2 道次压下量对板材成形性能的影响

3．4．3 道次压下量对显微组织的影响

3．4．4 轧制道次变形量对板材室温力学性能的影响

3．5 轧制变形量对板材显微组织及力学性能的影响

3．5．1 实验过程

3．5．2 轧制变形量对板材显微组织的影响

3．5．3 轧制变形量对板材室温力学性能的影响

3．6 粉末冶金TiAl合金的热变形机制

3．7 本章小结

第四章 热处理对轧态TiAl合金显微组织及力学性能的影响

4．1 引言

4．2 实验过程

4．3 高温预退火热处理对轧制TiAl合金显微组织的影响

4．4 固溶热处理对轧制态显微组织的影响

4．5 热处理对轧态TiAl合金室温力学性能的影响

4．6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果