Ti3Al基合金热加工过程的组织演化规律研究

摘要

Ti3Al基合金是一种Ti-Al系金属间化合物，其密度低，具有较高的比强度和弹性模量、高温抗氧化性和耐腐蚀性，在航空航天领域具有很广阔的应用潜力。但是， Ti3Al基合金在室温下的塑性差，难以成形，限制了其生产应用。利用材料在高温下的超塑性进行变形，可以有效解决这一问题。目前，关于Ti3Al基合金热变形行为和微观组织的研究还不完善。本文研究了Ti3Al基合金变形条件、力学行为和组织演变的耦合关系，并且对其进行固溶和时效热处理，改善室温力学性能。
　　本文利用高温拉伸实验，研究了Ti3Al基合金在不同热变形条件下的力学性能，分析了变形温度、应变速率对材料变形时的流动应力、峰值应力的影响。研究结果表明：Ti3Al基合金在热变形时，应力随着应变的增加迅速到达峰值，随后逐渐降低，呈“软化”现象。Ti3Al基合金在980℃时的应变速率敏感指数最大，m值为0.384；在变形条件为980℃，应变速率2×10-4 s-1时的延伸率最大，δ为710.5%。
　　根据高温拉伸实验得到的真应力-真应变曲线，建立了Ti3Al基合金热变形时的本构方程，求得热变形激活能Q为472.7992kJ·mol-1。根据Arrhenics模型和Backofen模型分别建立了Ti3Al基合金的材料本构方程，得到Backofen模型的拟合结果更适用于Ti3Al基合金。建立了应变软化系数r和应变差△ε与lnZ之间的数值关系，定量描述了Ti3Al基合金的软化程度。
　　利用SEM、TEM、XRD等检测手段，分析得到了Ti3Al基合金的热变形过程中的组织演变规律。温度升高，α2相减少，说明温度对α2相→B2相的相变过程有促进作用；应变速率升高，α2相增加，说明应变速率对α2相→B2相的相变过程有阻止作用；应变增加，α2相减少，说明变形对α2相→B2相的相变过程有促进作用。温度升高、应变速率降低，Ti3Al基合金的等轴化程度升高；应变增大，Ti3Al基合金的等轴化程度升高。Ti3Al基合金在室温下的断裂方式为脆性断裂，在变形条件为940℃~1020℃，应变速率2×10-4 s-1时的断裂方式是韧性断裂。
　　本文对Ti3Al基合金的原始板料进行了固溶和时效处理，研究温度和保温时间对材料室温下力学性能的影响。Ti3Al基合金固溶处理的温度升高，硬度提高；保温时间增加，硬度降低。Ti3Al基合金在低温（750℃）时效处理后，硬度显著提高；在高温（880℃）时效处理后，硬度降低。Ti3Al基合金在950℃固溶处理后再进行时效处理，屈服强度降低，并且屈强比变小；815℃时效处理后材料的屈强比最小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 材料的本构关系

1.4 金属超塑性

1.5 Ti3Al基合金的热处理

1.6 课题的研究内容

第二章 实验材料与实验方法

2.1 实验材料

2.2 力学性能测试

2.3 组织分析

2.4 热处理工艺的研究方法

2.5 小结

第三章 Ti3Al基合金的热变形行为

3.1 Ti3Al基合金的延伸率

3.2 Ti3Al基合金的真应力-真应变曲线

3.3 Ti3Al基合金的应变速率敏感性

3.4 Ti3Al基合金的高温变形本构关系

3.5 真应力-真应变曲线特征值与Z参数的关系

3.6 本章小结

第四章 Ti3Al基合金热变形中的组织演变

4.1 Ti3Al基合金原始板材的组织状态

4.2 Ti3Al基合金的热变形后的微观组织

4.3 变形条件、微观组织、力学性能之间的关系

4.4 Ti3Al基合金热变形后的断口分析

4.5 本章小结

第五章 Ti3Al基合金在固溶处理和时效处理后的组织演变

5.1 Ti3Al基合金的固溶处理

5.2 Ti3Al基合金的时效处理

5.3 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况