TC11/Ti-Al-Nb接合界面组织演化规律及稳定机理研究
发布时间：2023-02-19 13:25
为了解决常规单一合金制造的高性能发动机高压压气机盘难以满足大温度梯度和应力梯度的工作环境问题,采用高温性能优异的金属间化合物与中低温性能优异的钛合金焊接制成双合金盘来替代高温合金压气机盘,能够有效减轻发动机的重量,提高推重比。而异种钛合金连接件和基体合金在化学成分及使用温度下的性能都有区别,探索其变形工艺提高接头组织性能稳定性显得至关重要;由于高压压气机盘的服役环境恶劣,长时间与高温高压气体接触,双合金盘件的接合界面组织变化对性能的影响是一个亟需解决的难题。基于此本文以TC11/Ti-Al-Nb双合金热模拟压缩实验为基础,优化变形参数;同时结合等温锻造实验和热稳定实验,分析了热力作用对连接界面组织的影响规律,确定了不同显微组织对力学性能的影响规律及拉伸断裂机理;建立了析出相的组织参数与拉伸性能之间的定量关系。主要的研究内容及成果如下:TC11/Ti-22Al-25Nb双合金高温变形时的流动应力对变形温度和应变速率敏感。随着变形温度的升高和应变速率的减小,流动应力降低;在高温大应变速率下,应力-应变曲线出现不连续屈服的特征;基于Arrhenius型双曲正弦方程建立的双合金高温变形本构方程...
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钛合金及钛基金属间化合物概述
1.2.1 钛合金的组织特点和应用
1.2.2 金属间化合物简介
1.2.3 TC11合金和Ti2AlNb基金属间化合物概况
1.3 双性能构件的研究现状
1.4 钛合金和钛基金属间化合物连接技术的研究现状
1.4.1 异种材料焊接相容性研究
1.4.2 钛合金焊接的方法和特点
1.4.3 钛合金和钛基金属间化合物真空电子束焊接研究现状
1.4.4 异种钛合金连接技术研究现状
1.5 钛合金热稳定性的研究现状
1.6 异种合金结合界面研究中存在的问题
1.7 本文的选题背景和意义
1.8 本文的主要研究内容和研究思路
第2章 材料和研究方法
2.1 引言
2.2 实验材料
2.2.1 TC11合金
2.2.2 Ti2AlNb基合金
2.2.3 Ti3Al基合金
2.3 真空电子束焊接实验
2.4 热模拟压缩实验
2.4.1 热模拟压缩实验试样制备
2.4.2 热模拟压缩实验方案
2.4.3 热模拟压缩实验过程
2.5 等温锻造实验
2.5.1 等温锻造实验设备及过程
2.5.2 等温锻造实验方案
2.5.3 锻后热处理制度
2.6 热暴露实验
2.7 理化实验
2.7.1 显微组织观察及断口分析
2.7.2 硬度实验
2.7.3 纳米力学性能实验
2.7.4 力学性能试验
第3章 TC11/Ti-Al-Nb高温变形行为及本构关系研究
3.1 引言
3.2 变形参数对双合金流动应力的影响
3.2.1 变形温度的影响
3.2.2 应变速率的影响
3.3 本构模型的建立
3.3.1 本构方程的选择
3.3.2 本构关系材料常数的确定
3.3.3 不同应变下的材料常数确定
3.3.4 流动应力模型验证
3.4 本章小结
第4章 基于加工图的TC11/Ti-Al-Nb变形机制研究
4.1 引言
4.2 基于动态材料模型的加工图理论
4.2.1 动态材料模型
4.2.2 塑性失稳判据
4.3 双合金热加工图的建立与分析
4.3.1 功率耗散率 η 的求解
4.3.2 双合金热加工图的建立与加工参数优化
4.4 双合金高温变形微观组织演化
4.4.1 变形温度对微观组织的影响
4.4.2 应变速率对微观组织的影响
4.4.3 双合金高温变形失稳区域分析
4.5 本章小结
第5章 合金成分对TC11/Ti-Al-Nb组织及性能的影响
5.1 引言
5.2 TC11/Ti-24Al-15Nb-1.5Mo组织及性能的变化规律
5.2.1 热处理后显微组织特征
5.2.2 连接件拉伸性能的研究
5.2.3 连接件持久性能的研究
5.3 TC11/Ti-22Al-27b组织及性能的变化规律
5.3.1 焊缝区域组织特征
5.3.2 连接件拉伸性能的研究
5.3.3 连接界面硬度和弹性模量的变化规律
5.4 本章小结
第6章 热力作用对TC11/Ti-Al-Nb组织及性能的影响机制
6.1 引言
6.2 变形参数对双合金连接件组织的影响
6.2.1 变形温度的影响
6.2.2 变形程度的影响
6.2.3 应变速率的影响
6.3 变形参数对接头拉伸性能的影响机理
6.3.1 变形温度的影响
6.3.2 变形程度的影响
6.3.3 应变速率的影响
6.4 变形温度对双合金接头冲击性能的影响
6.5 本章小结
第7章 TC11/Ti-Al-Nb双合金热稳定性及失效机理研究
7.1 引言
7.2 接头组织在热暴露中的变化规律
7.2.1 焊缝熔合区域组织的变化规律
7.2.2 界面区域组织在热暴露中的变化规律
7.3 双合金基体组织在热暴露中的变化规律
7.3.1 TC11合金组织在热暴露中的变化规律
7.3.2 Ti-22Al-25Nb合金组织在热暴露中的变化规律
7.4 连接件在热暴露后拉伸性能的变化规律
7.4.1 500℃热暴露 100h后连接件拉伸性能的变化规律
7.4.2 热暴露条件对连接件室温性能的影响机制
7.4.3 热暴露温度对双合金连接件高温性能的影响机制
7.5 热暴露温度对双合金连接件冲击韧性的影响
7.6 析出相的粗化及与拉伸性能定量关系研究
7.6.1 O相和 α 相的长大动力学研究
7.6.2 O相和 α 相片层厚度与拉伸性能的定量关系
7.7 热暴露对界面元素分布的影响规律
7.8 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3746305
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 钛合金及钛基金属间化合物概述
1.2.1 钛合金的组织特点和应用
1.2.2 金属间化合物简介
1.2.3 TC11合金和Ti2AlNb基金属间化合物概况
1.3 双性能构件的研究现状
1.4 钛合金和钛基金属间化合物连接技术的研究现状
1.4.1 异种材料焊接相容性研究
1.4.2 钛合金焊接的方法和特点
1.4.3 钛合金和钛基金属间化合物真空电子束焊接研究现状
1.4.4 异种钛合金连接技术研究现状
1.5 钛合金热稳定性的研究现状
1.6 异种合金结合界面研究中存在的问题
1.7 本文的选题背景和意义
1.8 本文的主要研究内容和研究思路
第2章 材料和研究方法
2.1 引言
2.2 实验材料
2.2.1 TC11合金
2.2.2 Ti2AlNb基合金
2.2.3 Ti3Al基合金
2.3 真空电子束焊接实验
2.4 热模拟压缩实验
2.4.1 热模拟压缩实验试样制备
2.4.2 热模拟压缩实验方案
2.4.3 热模拟压缩实验过程
2.5 等温锻造实验
2.5.1 等温锻造实验设备及过程
2.5.2 等温锻造实验方案
2.5.3 锻后热处理制度
2.6 热暴露实验
2.7 理化实验
2.7.1 显微组织观察及断口分析
2.7.2 硬度实验
2.7.3 纳米力学性能实验
2.7.4 力学性能试验
第3章 TC11/Ti-Al-Nb高温变形行为及本构关系研究
3.1 引言
3.2 变形参数对双合金流动应力的影响
3.2.1 变形温度的影响
3.2.2 应变速率的影响
3.3 本构模型的建立
3.3.1 本构方程的选择
3.3.2 本构关系材料常数的确定
3.3.3 不同应变下的材料常数确定
3.3.4 流动应力模型验证
3.4 本章小结
第4章 基于加工图的TC11/Ti-Al-Nb变形机制研究
4.1 引言
4.2 基于动态材料模型的加工图理论
4.2.1 动态材料模型
4.2.2 塑性失稳判据
4.3 双合金热加工图的建立与分析
4.3.1 功率耗散率 η 的求解
4.3.2 双合金热加工图的建立与加工参数优化
4.4 双合金高温变形微观组织演化
4.4.1 变形温度对微观组织的影响
4.4.2 应变速率对微观组织的影响
4.4.3 双合金高温变形失稳区域分析
4.5 本章小结
第5章 合金成分对TC11/Ti-Al-Nb组织及性能的影响
5.1 引言
5.2 TC11/Ti-24Al-15Nb-1.5Mo组织及性能的变化规律
5.2.1 热处理后显微组织特征
5.2.2 连接件拉伸性能的研究
5.2.3 连接件持久性能的研究
5.3 TC11/Ti-22Al-27b组织及性能的变化规律
5.3.1 焊缝区域组织特征
5.3.2 连接件拉伸性能的研究
5.3.3 连接界面硬度和弹性模量的变化规律
5.4 本章小结
第6章 热力作用对TC11/Ti-Al-Nb组织及性能的影响机制
6.1 引言
6.2 变形参数对双合金连接件组织的影响
6.2.1 变形温度的影响
6.2.2 变形程度的影响
6.2.3 应变速率的影响
6.3 变形参数对接头拉伸性能的影响机理
6.3.1 变形温度的影响
6.3.2 变形程度的影响
6.3.3 应变速率的影响
6.4 变形温度对双合金接头冲击性能的影响
6.5 本章小结
第7章 TC11/Ti-Al-Nb双合金热稳定性及失效机理研究
7.1 引言
7.2 接头组织在热暴露中的变化规律
7.2.1 焊缝熔合区域组织的变化规律
7.2.2 界面区域组织在热暴露中的变化规律
7.3 双合金基体组织在热暴露中的变化规律
7.3.1 TC11合金组织在热暴露中的变化规律
7.3.2 Ti-22Al-25Nb合金组织在热暴露中的变化规律
7.4 连接件在热暴露后拉伸性能的变化规律
7.4.1 500℃热暴露 100h后连接件拉伸性能的变化规律
7.4.2 热暴露条件对连接件室温性能的影响机制
7.4.3 热暴露温度对双合金连接件高温性能的影响机制
7.5 热暴露温度对双合金连接件冲击韧性的影响
7.6 析出相的粗化及与拉伸性能定量关系研究
7.6.1 O相和 α 相的长大动力学研究
7.6.2 O相和 α 相片层厚度与拉伸性能的定量关系
7.7 热暴露对界面元素分布的影响规律
7.8 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
本文编号：3746305
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