| 题名 | γ-TiAl高温流变行为及板材轧制工艺 |
| 作者 | 孙伟 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-09-12 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 杨锐 |
| 关键词 | γ-TiAl合金 高温流变 加工图 显微组织 高温断裂机理 粉末冶金 板材轧制 |
| 其他题名 | The Investigation of Hot Deformation Behavior, Microstructure Evolution and Packed Rolling Process of γ-TiAl Alloys |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | TiAl基合金因其具有高的比强度、比刚度，以及较好的高温抗蠕变、抗氧化性能等优点，引起了国内外学者的广泛关注。但这类材料具有本质脆性，一般难以加工成形，阻碍了其实用化。 本文首先对铸造全片层组织Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B 合金及 Ti-47Al合金在单道次、多道次高温压缩变形条件下的变形行为及微观组织演化过程进行了研究。高温压缩实验在Gleeble3500热模拟实验机上进行，实验温度分别为1100, 1150, 1200和1250oC；应变速率选择在0.001, 0.01, 0.1 and 1s-1下进行。在多道次高温压缩实验中，每道次所采用的变形量为8%；试样的名义总变形量在30%~70%之间。在实验过程中，对等温、恒应变速率压缩条件下TiAl合金显微组织中的片层界面滑移、层团界面滑移以及片层组织的动态球化过程进行了观察；并对与这些微观组织演化过程相关的流动软化行为进行了研究。 通过实验观察发现，在材料高温变形的初始阶段(ε≤0.35)，片层界面滑移、层团界面滑移以及层团晶粒内部板条组织的弯曲、扭折现象是TiAl合金塑性流变行为的决定性因素。板条组织弯曲、扭折的发生几率及强度不仅随应变量的增加而增加，也强烈的依赖于板条组织相对于压缩轴的取向情况。通过对变形后试样的显微组织进行观察发现，试样中的初始板条组织已经通过动态球化过程转变为细小等轴晶粒。高温变形过程中TiAl合金板条组织的球化过程包括板条的破碎等一系列过程，具体为：沿层团界面发生的局部剪切变形；片层组织的旋转及扭曲变形；在层团边界、局部剪切变形带以及处于硬取向的片层内部发生的动态球化过程。在本文中，对两种成分γ-TiAl合金在变形过程中表现出的不同的流变行为及微观组织演化机制也进行了分析与讨论。 本文采用热压缩试验，结合金相观察，对细片层Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B以及双态组织Ti-45.3Al-2Cr-2Nb-0.15B、Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金的高温热变形行为、显微组织演变及高温变形软化机制进行了研究。 研究揭示了细片层Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金及双态组织Ti-45.3Al- 2Cr-2Nb-0.15B/Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金热变形过程中变形温度、应变速率对流动应力的影响规律，发现TiAl合金是一种对温度和应变速率比较敏感的合金，其流变应力曲线具有应力峰值和流变软化特性，变形温度越低，这种软化效果越明显。建立了用Z参数表征的TiAl基合金的稳态流变应力双曲正弦本构方程，获得了热变形激活能和相关的材料参数。通过对本构方程进行实验验证，得到了较好的回归效果。对试验中具有不同成分及显微组织的TiAl合金的高温断裂机理进行了系统的观察与分析。 基于动态材料模型(DMM)理论，建立了双态组织Ti-45.3Al-2Cr-2Nb-0.15B与Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金的热加工图，分析了热成形过程中的功率耗散规律和塑性失稳条件，揭示了这两种不同成分TiAl基合金在各种热变形条件下的组织演变规律和热变形机理。 在α单相温度区及α+γ两相温度区内，对经过包套近等温锻造的双态组织Ti-45.3Al-2Cr-2Nb-0.15B合金进行了小变形量、多道次累积变形实验，模拟了合金在包套高温轧制过程中的变形条件，观察了合金在累积变形条件下的高温流变行为。利用Gleeble试验机，在1150、1200、1250、1280oC条件下，模拟了不同的变形次数、道次间保温时间、压缩前的降温过程等板材轧制过程中的实际情况。对所得到的真应力-真应变曲线进行了分析；对TiAl合金在高温累积变形条件下的热激活过程及动态再结晶规律进行了观察；分析了TiAl合金的轧制工艺条件。利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等设备对变形材料的显微组织进行了观察。为实现γ-TiAl基合金的“控轧控冷”进行了有益的探索。 对两种不同成分的双态组织TiAl基合金在不同轧机上进行了小变形量、多道次、包套高温轧制，对轧制工艺条件进行了研究。实验中对包套材料、包套尺寸、隔热层材料、轧制温度、轧制道次、道次间保温时间等工艺条件了分析，合理的制定了TiAl基合金板材轧制工艺参数。利用显微镜对所得板材的显微组织进行了观察，结果表明，薄板具有均匀、细小的显微组织；利用透射电镜对所得板材的微观形貌进行了观察，发现TiAl基合金在高温轧制过程中的变形机制为位错滑移、机械孪晶、动态再结晶并存的过程。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 170 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17146]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙伟. γ-TiAl高温流变行为及板材轧制工艺[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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