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《机械科学研究总院》 2017年
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Ti_3Al基合金热加工过程的组织演化规律研究

梁培新  
【摘要】:Ti_3Al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,Ti_3Al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Ti_3Al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Ti_3Al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Ti_3Al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:Ti_3Al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。Ti_3Al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Ti_3Al基合金热变形时的本构方程,求得热变形激活能Q为472.7992k J·mol~(-1)。根据Arrhenics模型和Backofen模型分别建立了Ti_3Al基合金的材料本构方程,得到Backofen模型的拟合结果更适用于Ti_3Al基合金。建立了应变软化系数r和应变差△ε与ln Z之间的数值关系,定量描述了Ti_3Al基合金的软化程度。利用SEM、TEM、XRD等检测手段,分析得到了Ti_3Al基合金的热变形过程中的组织演变规律。温度升高,α_2相减少,说明温度对α_2相→B2相的相变过程有促进作用;应变速率升高,α_2相增加,说明应变速率对α_2相→B2相的相变过程有阻止作用;应变增加,α_2相减少,说明变形对α_2相→B2相的相变过程有促进作用。温度升高、应变速率降低,Ti_3Al基合金的等轴化程度升高;应变增大,Ti_3Al基合金的等轴化程度升高。Ti_3Al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Ti_3Al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。Ti_3Al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。Ti_3Al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。Ti_3Al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。
【学位授予单位】:机械科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG166.5;TG146.23

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