Ti-22Al-25Nb合金粉末冶金制备及组织性能研究

发布时间：2020-08-12 05:02

【摘要】：作为从传统Ti_3Al合金发展而来的新型轻质高温合金,Ti_2AlNb基合金由于其优异的综合力学性能,如高比强度、低密度、较好抗蠕变能力等优点,逐渐成为航空航天领域研究学者的重点关注对象。传统制备Ti_2AlNb基合金的方法有铸造和铸锭冶金,得到的合金容易出现成分偏析、显微组织粗大等缺陷,对后续成形性能和成形件质量有很大的影响。而粉末冶金作为一种制备Ti_2AlNb基合金的新方法,由于其能够获得组织均匀、性能良好的合金且成形效率高等优点而具有广阔发展前景。本文以气雾化Ti-22Al-25Nb预合金粉末为研究对象,首先使用有限元模拟手段对粉末热压烧结过程进行模拟分析,揭示了不同热压烧结条件对粉末体坯料致密度的影响。根据模拟结果选择1000oC-1150oC的温度范围、40MPa压制压力、保压1h的试验参数,对预合金粉末进行真空热压烧结试验,揭示了热压烧结温度对Ti-22Al-25Nb合金显微组织、相组成及含量、力学性能等方面的影响。采用等温热处理的试验方法,对热压烧结试样中B2晶粒的热稳定性进行研究,观察了不同等温热处理参数下显微组织的演变规律。使用试验所得晶粒尺寸数据,建立加热过程中B2相晶粒长大动力学模型,对晶粒长大趋势进行合理预测。通过对预测值与试验数据之间相关程度分析及误差分析,对晶粒长大动力学模型的准确性进行了论证。研究结果确定了一条合理的制备Ti-22Al-25Nb合金的工艺路线,并为后续热处理及热加工试验奠定了良好基础。本研究在Marc软件中建立了准确的有限元模型,对粉末体热压烧结成形过程进行了模拟计算。研究了热压烧结过程中粉末颗粒的流动规律,并结合坯料的应力分布及摩擦因素对热压烧结过程中粉末的流动进行了分析。设定不同的压制压力、保压时间及高径比进行模拟计算,模拟结果表明各个烧结参数对粉末体坯料的致密度及相对密度分布均有影响。通过数值模拟手段,为后续真空热压烧结试验参数的选择提供了理论依据。结合有限元模拟结果和Ti-22Al-xNb合金相图,选定α2+β/B2两相区及β/B2单相区内的不同温度进行真空热压烧结试验。研究结果表明,不同温度下得到的烧结试样均由等轴B2相、板条状O相和分布在晶界附近的α2相组成。随着烧结温度的增加,烧结试样的致密度逐渐增大,且各相的尺寸及含量均发生变化,对烧结试样的力学性能产生了一定影响。结合微观组织结构及力学性能发现,1100oC、40MPa下保压保温1h为较优异的制备Ti-22Al-25Nb合金的工艺参数。为研究B2晶粒的热稳定性,选择一系列温度及保温时间对1100oC烧结试样进行等温热处理试验。试验结果表明,Ti-22Al-25Nb合金的显微组织会随着热处理参数的变化而发生演变,随着加热温度的升高及保温时间的延长,烧结试样中B2相晶粒尺寸逐渐增大,同时晶粒尺寸均匀度随之增加。根据试验数据建立了Ti-22Al-25Nb合金晶粒长大动力学模型,通过回归分析获得了不同加热温度下晶粒长大指数n及不同保温时间下晶粒长大激活能Q。通过将模型预测值和试验数据进行相关性分析及误差分析,证明了模型的准确性。
【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】：2016
【分类号】：TF125.22

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本文编号：2790081