论文部分内容阅读
高品质的γ-TiAl合金热挤压棒材,是进行航空航天发动机叶片模锻成型所需的关键母材。高铌γ-TiAl合金是当前最有应用潜力的轻质耐高温结构材料,具有低密度、更加优异的高温强度、抗蠕变和抗氧化性能等优点。然而,当前高铌γ-TiAl合金由于Nb和A1凝固偏析严重,高温变形能力较差和室温塑性较低等,成为制约高铌γ-TiAl合金发展的主要因素。本文以通过包晶反应凝固路经的Ti-48Al-6Nb和β相区凝固的Ti-44A1-6Nb（at.%）两类高铌γ-TiAl合金为研究对象,对两类合金热挤压和锻造过程中的组织演变规律、力学性能和全片层组织的热稳定性进行了系统的研究。通过铸态组织的退火预处理和热物理模拟,合理设计出合金的热包套挤压工艺,制备出质量较高的两类高铌γ-TiAl合金的热挤压棒材。Ti-48Al-6Nb合金的挤压组织由流线型分布的等轴的γ粗晶带、残余片层（α2/γ）结构组成。Ti-44Al-6Nb挤压组织均匀性较好,由动态再结晶的细小等轴γ晶粒和拉长的残余片层（α2/γ）组成。对两类高铌γ-TiAl合金挤压棒材进行α+γ双相区充分退火处理,使残余片层组织进一步相变分解和回复,并发生γ相晶粒的静态再结晶和γ→α转变,均提高了组织均匀性。发现包晶反应的Ti-48Al-6Nb合金热变形和退火组织具有组织遗传性,原始A1凝固偏析的枝晶间区域演变为流线型的γ相粗晶区域。双相区热挤压和锻造复合加工,才能得到高铌γ-TiAl合金均匀的双相等轴晶变形组织,锻态组织完全由动态再结晶的γ晶粒和分解球化的α2晶粒组成。两类热变形高铌y-TiAl合金的全片层组织生成温度均在单一 α相区间较高的温度。对挤压和锻造Ti-48Al-6Nb合金经过1460℃/10min/AC的退火热处理,对Ti-44Al-6Nb合金分别经过单一 α相区13800C/5min/FC的热处理,均得到了等轴的全片层组织。两类高铌y-TiAl合金的全片层组织具有优异的抗拉强度,Ti-44Al-6Nb合金抗拉强度最高可达703 MPa,在800℃时具有23.80%的断裂延伸率。通过静态热暴露和高温持久加载手段对全片层组织的两类高铌γ-TiAl合金的热稳定性进行了研究。Ti-48Al-6Nb合金在800℃/200h静态热暴露条件下片层组织失稳严重,降低了合金的强度;组织失稳模式为片层晶团的边缘和晶内大量产生γ相晶粒,片层宽化明显。Ti-44Al-6Nb合金在800℃/850℃-200h静态热暴露条件下组织呈现出优异的稳定性。即使在800℃/200MPa/50h高温持久加载条件下,在全片层组织也基本保持稳定,仅在片层晶团的边缘区域发生分解和析出少量的γ相晶粒;在850℃/200MPa持久加载条件下组织失稳明显,片层结构的内部和晶团周围均发生显著的片层分解和γ相的大量析出,在晶团交界处垂直于受力方向出现裂纹,造成试样持久46 h即发生断裂。