Ti-47Al-2Nb-2Cr合金高温动态再结晶及晶粒长大行为

发布时间：2017-03-24 20:05

  本文关键词：Ti-47Al-2Nb-2Cr合金高温动态再结晶及晶粒长大行为，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为新型耐高温的高性能结构材料,Ti Al基合金逐渐引起众多国内外研究者的关注。目前,Ti Al基合金的成形手段主要以热加工为主,通过控制材料在不同的热加工工艺参数下的动态再结晶行为而改变材料微观组织形貌影响材料的综合性能。合理的选择热加工工艺参数获得理想的微观组织是扩大其工业化应用的进程的关键。本文以粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金为研究对象,选取热变形参数为950~1150℃、应变速率0.001~0.1s-1以及真应变小于0.8条件下,进行热模拟压缩实验,结合微观组织观察,对其动态再结晶行为进行研究,并基于有限元模拟平台,利用二次开发技术,对动态再结晶过程进行数值模拟研究,更加直观的描述了热变形参数对材料的动态再结晶行为的影响。采用恒温退火工艺实验,研究了热变形后材料组织的稳定性。通过构建晶粒长大动力学方程,预测了恒温退火工艺参数对晶粒长大行为的影响规律。研究结果丰富了粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热变形与退火基础数据和理论,为其热加工及恒温退火工艺参数的设计与优化奠定基础。本研究在等温恒变形速率条件下,对Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的热变形行为进行了研究,建立了Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的动态再结晶动力学模型,系统分析了热变形参数对该合金动态再结晶行为的影响规律。应用EBSD技术分析Ti-47Al-2Nb-2Cr合金动态再结晶组织演化规律,并对所建立的再结晶动力学模型精确度进行评价。基于有限元模拟分析平台应用二次开发技术,实现了动态再结晶动力学模型与有限元模拟分析方法的集成。通过对粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金动态再结晶行为进行的数值模拟,预测了热变形参数对动态再结晶行为的影响规律。应用不同变形区域等效应变分布图,分析等效应变对再结晶行为的影响,预测结果显示热变形温度、变形速率与变形量均影响材料的动态再结晶行为。对热变形后的试样进行了不同工艺参数的恒温退火工艺研究,分析了退火工艺参数对晶粒长大行为的影响,建立了Ti-47Al-2Nb-2Cr合金晶粒长大的动力学模型,获得Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的晶粒长大激活能gE=151.56 k J/mol。通过对材料微观组织观察,结果表明,恒温退火温度与时间促进再结晶晶粒生长。
【关键词】：TiAl基合金 热加工 动态再结晶行为 有限元模拟 晶粒长大 工艺优化
【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】：2015
【分类号】：TG146.23;O78
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 课题的研究背景和意义11-12
• 1.3 TiAl基合金热加工工艺12-14
• 1.3.1 包套挤压与锻造12-13
• 1.3.2 等温锻造13-14
• 1.3.3 超塑性成形14
• 1.4 金属材料塑性变形行为14-18
• 1.4.1 金属材料热变形特征及动态再结晶行为研究现状14-16
• 1.4.2 动态再结晶动力学模型研究现状16-18
• 1.5 动态再结晶组织演变模拟研究方法概述18-20
• 1.5.1 元胞自动机法18-19
• 1.5.2 Monte Carlo方法19
• 1.5.3 基于有限元—唯象法耦合模型的组织预测19-20
• 1.6 再结晶微观组织模拟研究现状20-21
• 1.7 晶粒长大理论与晶粒长大动力学21-24
• 1.7.1 晶粒长大理论21-22
• 1.7.2 再结晶晶粒长大动力学22-24
• 1.8 本课题主要研究内容24-25
• 第2章 实验材料及研究方法25-30
• 2.1 实验材料25-26
• 2.2 实验方法和实验过程26-29
• 2.2.1 热压缩实验26-28
• 2.2.2 退火工艺实验28-29
• 2.3 显微结构的表征与分析29-30
• 2.3.1 X射线衍射分析29
• 2.3.2 显微组织观察29-30
• 第3章 Ti-47Al-2Nb-2Cr合金动态再结晶行为30-45
• 3.1 引言30
• 3.2 真应力-真应变曲线30-32
• 3.3 温度补偿应变速率因子32-34
• 3.4 Ti-47Al-2Nb-2Cr合金动态再结晶动力学行为34-42
• 3.4.1 动态再结晶临界发生模型34-37
• 3.4.2 动态再结晶动力学模型37-42
• 3.5 热加工参数对动态再结晶微观组织影响42-44
• 3.5.1 热变形温度对组织影响42-43
• 3.5.2 热变形速率对组织影响43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 热变形过程动态再结晶组织演变数值模拟45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 动态再结晶用户子程序编译45-50
• 4.2.1 有限元软件用户子程序45-47
• 4.2.2 显微组织演化模拟程序编译47-48
• 4.2.3 用户子程序构建48-50
• 4.3 热变形过程显微组织模拟50-51
• 4.3.1 热变形过程有限元模型构建50
• 4.3.2 热变形过程有限元数值模拟条件50-51
• 4.4 Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热变形动态再结晶规律研究51-58
• 4.4.1 热压缩变形的基本特征52
• 4.4.2 变形量对动态再结晶体积分数分布影响52-54
• 4.4.3 温度对动态再结晶体积分数分布影响54-56
• 4.4.4 变形速率对动态再结晶体积分数分布影响56-57
• 4.4.5 动态再结晶微观组织模拟结果评价57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第5章 等温退火过程晶粒长大行为59-66
• 5.1 引言59
• 5.2 退火工艺对微观组织演变影响规律59-62
• 5.2.1 再结晶晶粒长大影响因素59-60
• 5.2.2 退火温度对Ti-47Al-2Nb-2Cr合金组织影响60-61
• 5.2.3 退火时间对Ti-47Al-2Nb-2Cr合金组织影响61-62
• 5.3 Ti-47Al-2Nb-2Cr合金组织热稳定性分析62-64
• 5.4 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 林均品;陈国良;;TiAl基金属间化合物的发展[J];中国材料进展;2009年01期

2 LI Xia;WU Xiao-chun;ZHANG Xiao-xun;LI Ming-yao;;Dynamic Recrystallization of Hot Deformed 3Cr2NiMnMo Steel:Modeling and Numerical Simulation[J];Journal of Iron and Steel Research(International);2013年11期

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本文编号：266087