不同热变形条件下TA32钛合金的性能响应及组织演变研究

发布时间：2020-10-24 23:36

　　 TA32是一种新型的近α型高温钛合金,在航空航天领域有广泛的应用前景。和传统的钛合金一样,TA32室温成形性能较差,须采用热成形。热成形有两种主要成形方式,一是毛坯和模具同时加热、成形后炉冷的热成形(下文简称随炉热成形),二是先将模具加热到成形温度再放入毛坯、成形后空冷的热成形(下文简称到温热成形)。由于这两种成形方式升温速率和冷却方式不同,导致材料微观组织、氧化程度不同,进而影响成形件的性能,而国内外对TA32钛合金这两种热成形工艺的对比研究较少。本文以某新型飞机发动机尾喷管中的TA32典型复杂桁条和隔框零件为研究对象,通过高温拉伸和高温氧化试验模拟成形性能,对比分析两种热成形工艺下TA32的性能响应及组织演变,为选取更优的热成形工艺提供依据。热成形的共性影响因素主要包括成形温度、应变速率、保温时间和变形量等,而随炉热成形和到温热成形的特性影响因素为升温速率和冷却方式。本文通过高温拉伸试验,首先研究TA32热成形共性影响因素的力学性能响应及组织演变,再通过不同升温速率和冷却方式对比分析TA32随炉和到温热成形的力学性能响应及组织演变。结果表明,温度为800℃、应变速率为0.001s~(-1)、保温时间为30min,应变量为0.45~0.6,且选用到温热成形(升温速率为800℃/5min,空冷)时,TA32变形抗力较低,塑性较好,晶粒较为均匀,β相等轴晶粒较多,综合成形性能较好。通过高温氧化试验,研究TA32在热成形过程中的氧化行为。通过不同温度、保温时间和高温润滑剂的长时氧化试验,研究石墨和氮化硼的抗氧化效果及TA32的高温氧化行为,再通过不同升温速率的短时氧化试验对比分析随炉热成形和到温热成形的氧化行为。研究表明,TA32的氧化机制为扩散机制,在750~850℃范围内,氮化硼的抗氧化性能优于石墨。800℃喷涂氮化硼时,氧化程度相对较低,抗氧化等级为Ⅱ级。到温热成形(升温速率为800℃/5min)的氧化程度低于随炉热成形(升温速率为800℃/6h)。基于以上研究,到温热成形的变形抗力低、塑性好,组织优良,氧化程度低,综合成形性能优于随炉热成形。本文选择到温热成形工艺成形出典型TA32长桁和隔框零件,并通过常温拉伸、显微硬度测试、微观组织、氧化吸氢和电导率等评估成形件的性能。结果表明,成形件抗拉强度下降约10%,屈服强度下降约9%,硬度下降约3.5%;氧化膜较薄且致密,氢含量约为0.009%,电导率约为10~6S/m,均符合性能要求。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V252.2;TG146.23
【部分图文】：

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论1.1 引言钛及钛合金具有诸多优点，如比强度高、耐高低温、耐腐蚀、线性膨胀系数小、非磁性等，因此被人们称为“太空金属”。由于上述优点，其应用领域广泛，作为结构材料、耐蚀材料及耐热材料应用于航空航天、石油化工、船舶制造、建材装饰、海洋工程等领域，且在各领域中的应用逐年增加，其在某系列国外战斗机中的应用比例如图 1.1 所示，在 A350 飞机上的主要应用部位如图 1.2 所示，除此之外，在超导、形状记忆、吸气储氢等领域也得到越来越多的应用，因此，钛有希望发展为全球使用量排行前三的金属。可以预见，随着制造业的发展，高温钛合金将应用于更加宽广的领域，但就目前来说，其应用领域主要集中于航空航天发动机。发动机中的叶片、压气盘、鼓筒、尾喷管等耐高温结构是钛合金的常见应用对象。

南京航空航天大学硕士学位论文第一章 绪论1.1 引言钛及钛合金具有诸多优点，如比强度高、耐高低温、耐腐蚀、线性膨胀系数小、非磁性等，因此被人们称为“太空金属”。由于上述优点，其应用领域广泛，作为结构材料、耐蚀材料及耐热材料应用于航空航天、石油化工、船舶制造、建材装饰、海洋工程等领域，且在各领域中的应用逐年增加，其在某系列国外战斗机中的应用比例如图 1.1 所示，在 A350 飞机上的主要应用部位如图 1.2 所示，除此之外，在超导、形状记忆、吸气储氢等领域也得到越来越多的应用，因此，钛有希望发展为全球使用量排行前三的金属。可以预见，随着制造业的发展，高温钛合金将应用于更加宽广的领域，但就目前来说，其应用领域主要集中于航空航天发动机。发动机中的叶片、压气盘、鼓筒、尾喷管等耐高温结构是钛合金的常见应用对象。

南京航空航天大学硕士学位论文及晶间变形由于过程不可恢复，表现在宏观维度上，构成了热成形过程金属宏观变。属内的原子以其特有排布结构规律性排列成为晶格。塑性变形主要通过晶格的变内变形中的滑移是热成形过程中的主要塑性变形形式。而晶内变形中的滑移即为图 1.3 所示，当晶格受到切应力作用时，原本规律性排列的晶格组织沿薄弱方向，这个过程称作位错运动。而且实际上，金属塑性变形过程非常复杂，往往是整滑移位错现象，使得宏观上形成滑移线或者滑移面，进而推动工件尺寸特征趋向。
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本文编号：2855126