热塑性变形对NiAl金属间化合物组织和性能的影响

发布时间：2020-06-04 16:19

【摘要】：航空航天领域的迅速发展使得人们对高温结构材料提出了更加苛刻的要求,在此背景下,具有较低密度和优异的高温性能的Ni Al金属间化合物受到了广泛关注。在室温下,Ni Al合金塑性较差,难以加工,但在韧脆转变温度以上具有超塑性,因此研究高温塑性变形下材料性能和微观组织的变化,可以为Ni Al合金在超高温下的成形提供理论依据。本文使用Ni和Al元素粉末作为原始材料,通过热压烧结工艺制备了Ni Al块体材料,在高温下进行不同压下量的单向热塑性变形实验。经测试发现试样在1200℃下的屈服强度随着压下量的增加而增大。通过EBSD观察试样在不同压下量下微观组织的变化,分析试样的软化机制。整个变形过程中,晶粒细化,织构强度变化较小,无明显的各向异性。细晶强化作用使得试样的力学性能增加。对Ni Al块体材料进行不同方向的多道次热塑性变形实验,并对其进行了力学性能测试和微观组织观察。实验发现与单向热塑性变形相比,多向多道次热塑性变形可以进一步细化晶粒,但同时形成了较明显的织构。织构的存在使得多向多道次试样呈现出明显的各向异性。由于在实验过程中,试样升温时间过长,冷却过快会显著影响材料的性能和组织。因此将脉冲电流引入高温热塑性变形,可以实现试样的迅速升温,并保证压缩过程中温度的恒定不变。本课题利用Gleeble热压缩模拟实验模拟高温下Ni Al不同方向的压缩情况,通过EBSD分析试样的微观组织演变过程。发现在电加热多向热塑性成形的情况下,晶粒得到了显著细化,且织构强度较低,无明显各向异性。最后利用电加热实现了Ni Al合金在高温下的成形。本课题对传统电加热成形进行了改进,采用通电方向与电流方向垂直的通电方式,减小了对脉冲电源功率的依赖,可以成形更大的板型构件,同时提升了升温速率,有利于构件的快速升温。在利用电加热装置成形带筋构件的过程中,发现试样升温较快,且在成形过程中温度始终保持不变,为后续大型带筋构件的成形提供了指导和依据。
【图文】：

燃气涡轮发动机,材料组成

1.1.1 课题背景在航空航天、运输、航海及核电工业等领域中，高温合金是必需的金高温材料是指能够长期在 600℃的高温及一定的抗压力作用下服役的金属有良好的综合性能，并且在极端的高温高压下仍然具有优良的组织稳定性性[1]。目前已研制的航空发动机中，高温合金材料占其所用材料的 50%以中，使用最广泛的是镍基合金，它具有优良的综合性能。随着航空航天技展，人们对燃气涡轮发动机的性能有了更高的要求，高推重比、高增压比轮前温度的三高要求对高温结构材料的要求更加苛刻[3]。上文中提到的镍基金，虽然因其性能稳定而得到了广泛应用，但是服役温度已超过其熔点绝的 80%[4]，因此，研制出具有更高强度、更高熔点同时具有更优良的抗高温的新型材料至关重要。与传统金属相比，金属间化合物中的共价键是的原结合力增强，化学键稳定，因此具有熔点高、抗磨损等优点，是最有前景结构材料之一[5],[6]，其中 NiAl 基合金和 MoSi2 合金是最理想的替代材料[7

晶体结构

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文模具与坯料接触时会导致坯料温度迅速降低，影入 NiAl 的塑性成形过程中，研究电流对于组织变温性，有利于构件的成形。间化合物概述间化合物结构和应用Cl 型晶体结构，，这种结构十分稳定，形成能较高。中可以看出，Al 原子占据了立方体体心位置，Ni下，NiAl 的晶格常数为 0.2887nm[11]。除此之外化合价与原子比例为 3:2，是金属键与化学键的混的稳定。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V252

【参考文献】