合金元素對Ti-Al-Nb-W基合金組織及變形行為的影響.pdf

1、TiAl基合金由于具有較好的綜合性能,被認(rèn)為是一種最具發(fā)展前景的航空航天用新型輕質(zhì)耐高溫結(jié)構(gòu)材料,但較低的室溫塑性嚴(yán)重制約了TiAl基合金的推廣應(yīng)用。合金化法和熱加工法是改善TiAl基合金室溫脆性的重要途徑。本文利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等分析手段研究了鑄態(tài)Ti-43Al-4Nb-1.4W合金的凝固路線,分析了微量B和Y元素對合金顯微組織及相組成的影響;通過熱模擬試驗(yàn),分別建立了Ti-43Al-4N

2、b-1.4W、Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B和Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B-0.2Y合金的本構(gòu)關(guān)系方程及熱加工圖,確定了三種成分合金熱加工的穩(wěn)定區(qū)和失穩(wěn)區(qū),分析了其高溫變形的組織演化行為,并探討了微量B和Y對Ti-43Al-4Nb-1.4W合金熱加工性能及高溫變形微觀機(jī)制的影響。對于制備具有良好熱加工性能的TiAl基合金可起到一定的指導(dǎo)作用。
　　 對Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金鑄態(tài)組織的研究

3、表明:Ti-43Al-4Nb-1.4W鑄態(tài)合金的室溫相組成為α2+γ+β,其基本凝固路徑為L→L+β→β+α→α+βr→α+γ+βr→片層(α2+γ)+γ+βr，其中βr表示殘余β相;微量B和Y的加入并未改變其基本凝固路徑,但明顯細(xì)化了合金的片層晶團(tuán)尺寸和片層間距;微量B通過在片層晶團(tuán)界面處形成TiB2從而限制晶團(tuán)的長大,Y元素主要是通過影響初生β相的形核細(xì)化晶團(tuán),而Y元素對片層間距的細(xì)化作用是α相界面層錯能降低、高能界面形成以及片層側(cè)

4、向生長受阻綜合作用的結(jié)果。B和Y的復(fù)合添加比單獨(dú)添加兩種元素更為有效地細(xì)化Ti-43Al-4Nb-1.4W鑄態(tài)合金組織。
　　 對Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金高溫變形流變行為及組織演化的研究表明:Ti-43Al-4Nb-1.4W、Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B和Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B-0.2Y合金高溫壓縮變形峰值應(yīng)力與變形條件的關(guān)系均可用雙曲正弦函數(shù)來表示;三種合金的變形激活能分別為56

5、7.05kJ/mol、580.11 kJ/mol和601.71 kJ/mol;隨著B、Y的加入,Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金高溫變形峰值應(yīng)力降低,變形激活能增大。Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金在不同高溫壓縮變形條件下均發(fā)生了不同程度的動態(tài)再結(jié)晶;隨Z參數(shù)值的降低,β相逐漸由不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐?且長大愈發(fā)明顯,同時,動態(tài)再結(jié)晶晶粒的體積含量也隨之增加;加入微量B和Y后,Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金的動態(tài)再結(jié)晶

6、程度有所增加,這主要與初始β相含量的增加以及顆粒誘發(fā)動態(tài)再結(jié)晶形核有關(guān)。Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金的高溫變形機(jī)制與Z參數(shù)值密切相關(guān);在低Z值條件下,其主要變形機(jī)制為動態(tài)再結(jié)晶和β相的球化、長大;在高Z值條件下,其主要變形機(jī)制為片層的扭折、重新取向和局部的動態(tài)再結(jié)晶。
　　 對Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金熱加工圖的分析表明:Ti-43Al-4Nb-1.4W基合金均具有較高的最大功率耗散效率η,低功率耗散效率值