钛镍铌合金热等静压法制备原理及其热变形行为研究

摘要

TiNiNb形状记忆合金管接头，凭借着其宽滞后效应、免焊、减重效果明显、安装简单、防渗性强及综合性能优良等特点，使其在航天航空领域得到重视。尤其在载人航天领域，大尺寸TiNiNb形状记忆合金管接头是未来开发深空自组装系统的研究重点。然而，大尺寸形状记忆合金管接头的开发存在如下问题：成型及加工存在困难；管接头在机加工过程中产生的废料较多；晶粒尺寸细化程度有限。这些严重影响了管接头的综合力学性能和形状记忆性能。热等静压法由于其具有可成型复杂零件、近净成形及可显著细化晶粒等特点，可针对上述问题逐一解决。 本论文为大尺寸TiNiNb形状记忆合金管接头的开发及应用做了初步探索。首先，对TiNiNb预合金粉末进行机械合金化处理，探索机械合金化机理，并得到较优的工艺参数。其次，在此基础上利用热等静压工艺制备出了大尺寸TiNiNb合金管，对其微观组织、力学性能及马氏体相变行为进行了探究。最后对热等静压态TiNiNb合金管的热变形行为进行了研究，探究了变形温度及应变速率对其热变形行为的影响，同时计算了热变形激活能并建立了本构方程。主要结论如下： （1）在球磨初期，粉末颗粒细化不明显，同时出现冷焊、团聚现象。随着球磨时间延长，冷焊、团聚现象减少，当球磨达到30h时，开始出现非晶相。此外机械合金化较优的工艺参数为：球料比10∶1，转速400r/min，球磨时间为50h。 （2）热等静压工艺参数为1100℃、110MPa，保温保压时间3h时可制备出微观组织较均匀的大尺寸TiNiNb合金管（内径15mm，外径35mm，高为100mm）；该TiNiNb合金管的微观组织主要有TiNi基体相，β-Nb相和少量的(Ti,Nb)2Ni相。热等静压态TiNiNb合金管的马氏体相变为两步相变，但其马氏体逆相变行为并不明显。 （3）热等静压态TiNiNb合金在720~800℃的热激活能为200.448KJ/mol；本构方程：(ε.)=6.777×107[sinh(0.0032σ)]3.448exp(-200.448/RT) （4）变形温度及变形速率对热等静压态TiNiNb合金流变应力有显著的影响，峰值应力随变形温度上升而减小，随应变速率上升而增大；在热压缩过程中，变形温度上升、应变速率增加均会使TiNi基体相的含量略微增加，β-Nb相的含量有所减少。

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