高Nb-TiAl合金叶片等温模锻技术基础研究

发布时间：2017-09-30 11:08

  本文关键词：高Nb-TiAl合金叶片等温模锻技术基础研究

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【摘要】：因为高Nb-Ti Al合金本征脆性、热加工变形能力差、热加工窗口很窄,难以进行热机械加工,要进行高Nb-Ti Al合金叶片等温模锻,需要了解高Nb-Ti Al合金材料高温流变行为、微观组织演变规律、热机械加工后受力和变形量分布情况。本文对高Nb-Ti Al合金锻造叶片进行详细的高温变形行为研究,分析显微组织和成形性能。通过热模拟试验和ABAQUS动态-显式有限元模拟试验相结合的方法,分析900℃~1000℃变形温度,0.005s-1~0.05s-1应变速率,15%~50%变形量,不同坯料形状条件下高Nb-Ti Al合金材料流变行为、加工硬化、软化行为、微观组织演变规律,绘制出锻态高Nb-Ti Al合金的热加工图。在高Nb-Ti Al合金热加工图中功率耗散效率η值在高温或低温的高应变速率区较低,加工行为处于失稳区域。高Nb-Ti Al合金流变失稳区分布在低变形温度和高应变速率区域,温度940℃的中、低应变速率区,热加工处于安全区。伴随变形量的增加,流变失稳区逐步向高变形温度和低应变速率蔓延。高Nb-Ti Al合金微观组织受变形量、变形温度、应变速率影响明显。高变形温度和低应变速率可以减小材料的变形抗力,有效提高高Nb-Ti Al合金热加工性。具备合适变形量且匹配度较高的坯料形状可以提高材料等温模锻成形充型能力,削弱材料因变形不均产生的内应力。得出的最合适的参数组合为:A型坯料,变形温度950℃、应变速率0.01s-1、变形量35%。采用得出的最佳锻造工艺进行高Nb-Ti Al合金叶片等温模锻试验。锻造得到的叶片形状尺寸完整,没有宏观缺陷,飞边溢出均匀,高Nb-Ti Al合金叶片锻件变形量较大的区域为溢出的飞边区域和叶身与榫头连接处,应力分布与应变分布基本一致。叶片心部组织α2相的含量为12.3%,γ相的含量为83.5%,β/B2相的含量4.1%,γ相、α2相分布均匀,组织细小,片层厚度因等温模锻明显减小,平均晶粒尺寸下降,小角度晶界占比有所增加。叶片飞边处组织与心部组织不同,飞边处的晶粒无论是层片晶还是等轴晶都被压扁沿着流动方向拉长,流线方向基本一致,叶片飞边处存在10%左右的1μm以下的细小晶粒,叶片心部组织流线不及飞边处明显。
【关键词】：等温模锻 高Nb-TiAl合金 热加工图 模拟 组织演变
【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】：TG316
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-26
• 1.1 课题来源及研究背景和意义10-12
• 1.2 TiAl合金12-17
• 1.2.1 TiAl合金的发展12-13
• 1.2.2 相图与晶体结构13-15
• 1.2.3 TiAl合金的显微组织15-17
• 1.3 高Nb-TiAl合金17-19
• 1.3.1 高Nb-TiAl合金性能17-18
• 1.3.2 高Nb-TiAl合金研究现状18-19
• 1.4 TiAl合金高温变形行为19-20
• 1.4.1 TiAl合金高温塑性变形机理19
• 1.4.2 TiAl合金高温变形力学行为19-20
• 1.5 TiAl合金的热加工技术20-23
• 1.5.1 TiAl热加工工艺20-22
• 1.5.2 TiAl叶片锻造成形22-23
• 1.6 热加工图理论23
• 1.7 数值模拟在热加工领域的应用23-25
• 1.7.1 数值模拟的研究现状23-24
• 1.7.2 有限元在TiAl合金叶片成形中的应用24-25
• 1.8 课题主要研究内容25-26
• 第2章 试验材料的制备及试验方法26-30
• 2.1 叶片等温模锻材料的制备26-28
• 2.1.1 合金熔炼26
• 2.1.2 热等静压及热处理26
• 2.1.3 包套锻造26-27
• 2.1.4 等温模锻叶片坯料的制备27
• 2.1.5 等温锻模具的设计与制备27-28
• 2.2 试验方法28-30
• 2.2.1 热物理模拟试验28-29
• 2.2.2 扫描电子显微镜29
• 2.2.3 电子背散射衍射29
• 2.2.4 动态-显式有限元模拟试验29
• 2.2.5 叶片等温模锻29-30
• 第3章 高Nb-TiAl合金热模拟试验结果与分析30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 高Nb-TiAl合金高温变形规律研究30-35
• 3.2.1 热物理模拟试验31
• 3.2.2 试验方案与宏观形貌分析31-33
• 3.2.3 高Nb-TiAl合金高温变形力学研究33-35
• 3.3 高Nb-TiAl合金高温变形组织演变35-43
• 3.3.1 高Nb-TiAl合金高温变形显微组织研究35-38
• 3.3.2 变形量对变形组织形貌的影响38-40
• 3.3.3 应变速率对变形组织形貌的影响40-42
• 3.3.4 变形温度对变形组织形貌的影响42-43
• 3.4 高Nb-TiAl合金的热加工图的建立43-44
• 3.5 高Nb-TiAl合金组织的EBSD结果分析44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻有限元模拟47-70
• 4.1 引言47
• 4.2 有限元前处理47-52
• 4.2.1 几何模型和装配模型47-49
• 4.2.2 材料属性与载荷49-51
• 4.2.3 有限元网格划分51-52
• 4.3 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻过程模拟分析52-61
• 4.3.1 等效应变场分析54-58
• 4.3.2 等效应力场分析58-61
• 4.4 等温模锻工艺变参有限元结果分析61-68
• 4.4.1 不同坯料形状的等温模锻有限元结果分析61-64
• 4.4.2 不同应变速率的等温模锻有限元结果分析64-66
• 4.4.3 不同变形温度的等温模锻有限元结果分析66-68
• 4.5 本章小结68-70
• 第5章 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻研究70-79
• 5.1 引言70
• 5.2 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻过程70-71
• 5.2.1 叶片的设计与制备70-71
• 5.2.2 模具的设计和制备71
• 5.2.3 等温模锻流程71
• 5.3 叶片等温模锻结果与分析71-78
• 5.3.1 宏观分析71-73
• 5.3.2 微观分析73-74
• 5.3.3 叶片组织分区域分析74-78
• 5.4 本章小结78-79
• 结论79-80
• 参考文献80-87
• 致谢87

【参考文献】

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1 赵万生,詹涵菁,王刚;涡轮叶盘加工技术[J];航空精密制造技术;2000年05期

2 孔祥鑫,徐可君;航空发动机叶片的腐蚀与防护[J];航空科学技术;1997年02期

3 熊爱明,薛善坤,李晓丽,李淼泉,朱自强;叶片锻造技术的现状与发展趋势探讨[J];机械科学与技术;2001年06期

4 孔凡涛,陈玉勇,田竞,陈子勇,韩杰才;钇对Ti-43Al-9V合金组织性能的影响[J];稀有金属;2004年01期

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本文编号：947839