粉末Ti2AlNb合金环轧模拟及组织性能研究

摘要

实际工程对大尺寸粉末Ti2AlNb合金环形件有需求，希望采用PM+HIP方法制得环形坯料，再通过环轧变形得到环形件。本文采用有限元模拟软件Simufact研究粉末Ti2AlNb合金环形件在高温下的轧制成形，根据环件的实际尺寸及环轧的理论研究方法，模拟环件轧制的动态虚拟过程，观察环件扩展的实时动态，分析两道次累积变形量60％的轧制模拟过程和形变规律，以及温度、应变的分布状况，为环轧工艺的制定提供参考。之后对环形坯料进行环轧变形，并且测试了该合金变形前后、热处理前后的力学性能，采用光学显微镜、扫描电子显微镜等材料表征手段研究了不同变形量和热处理制度对合金环件的组织演化特点和力学性能的影响。得到的结果如下：
　　环轧模拟过程中，环件表面温度最先下降且温降较大，外径越大，壁厚越薄，心部温降越大。环件内外表面的应变大于中间，内表面大于外表面，环轧变形量增大时，环件内外侧与中间层的变形差别增大。环件中心层温度和应变在轴向对称分布。
　　粉末Ti2AlNb合金轧制变形后，拉伸强度提高而塑性缺失，变形量较大时塑性缺失严重，发生脆断，经热处理后性能得到改善，热机械变形+热处理的方法能够改善粉末Ti2AlNb合金的性能。
　　粉末Ti2AlNb合金经环轧变形发生硬化，变形量越大，硬化程度越明显。该合金经30%的轧制变形后冲击性能增强，经60%变形后冲击性能降低。环轧变形后，合金在650oC，360MPa条件下的持久性能增加，热处理前后30%变形量合金的持久性能介于未变形与60%变形量合金之间。
　　在980oC固溶处理，B2相界面上空位、缺陷对相变影响较大；在940oC固溶处理，B2相的晶内缺陷对相变影响较大。在相同热处理状态下，随变形量的增大，O相板条的尺寸减小，块状O相的尺寸先增大后减小。
　　当固溶温度一定时，时效温度较高的组织中析出的块状O相尺寸越大，数量越多，B2相基体上析出的O相板条尺寸也越大。相同的时效温度条件下，固溶温度越低组织中板条状O相尺寸越大，数量越多，块状O相尺寸越小，数量越少。
　　对拉伸断口形貌进行观察发现，热处理后析出过于粗大的块状O相与合金组织中其他相的相互协调作用变差，较多数量的次生 O相板条与位错之间的交互作用增强，均对合金性能产生不利影响。
　　As-HIPed态合金的最佳热处理工艺为940oC/2h/AC+860oC/24h/AC，轧制变形后合金的最佳热处理工艺为980oC/2h/AC+900oC/24h/AC。

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第1章 绪论

1.1 Ti2AlNb合金

1.2 环形坯料的制备工艺

1.3 环件轧制成形

1.4 环件轧制成型数值模拟

1.5 研究目的与内容

第2章 试验材料设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备及方法

第3章 环件轧制的数值模拟

3.1 环件轧制理论模型设计

3.2 控制参数设置及运行

3.3 有限元模拟结果分析

3.4 本章小结

第4章 环轧变形前后Ti2AlNb合金组织与性能的研究

4.1 粉末Ti2AlNb合金环形坯料组织性能与轧制分析

4.2 变形量对Ti2AlNb合金显微组织与力学性能的影响

4.3 热处理对未变形Ti2AlNb合金显微组织与力学性能的影响

4.4 热处理对30%变形量Ti2AlNb合金显微组织与力学性能的影响

4.5 热处理对60%变形量Ti2AlNb合金显微组织与力学性能的影响

4.6 对比不同变形量Ti2AlNb合金经相同热处理后的力学性能

4.7 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢