Ti-22Al-25Nb合金粉末冶金制備及組織性能研究.pdf

1、作為從傳統(tǒng)Ti3Al合金發(fā)展而來(lái)的新型輕質(zhì)高溫合金，Ti2AlNb基合金由于其優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，如高比強(qiáng)度、低密度、較好抗蠕變能力等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為航空航天領(lǐng)域研究學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。傳統(tǒng)制備Ti2AlNb基合金的方法有鑄造和鑄錠冶金，得到的合金容易出現(xiàn)成分偏析、顯微組織粗大等缺陷，對(duì)后續(xù)成形性能和成形件質(zhì)量有很大的影響。而粉末冶金作為一種制備Ti2AlNb基合金的新方法，由于其能夠獲得組織均勻、性能良好的合金且成形效率高等優(yōu)點(diǎn)而具有廣

2、闊發(fā)展前景。本文以氣霧化Ti-22Al-25Nb預(yù)合金粉末為研究對(duì)象，首先使用有限元模擬手段對(duì)粉末熱壓燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行模擬分析，揭示了不同熱壓燒結(jié)條件對(duì)粉末體坯料致密度的影響。根據(jù)模擬結(jié)果選擇1000℃-1150℃的溫度范圍、40MPa壓制壓力、保壓1h的試驗(yàn)參數(shù)，對(duì)預(yù)合金粉末進(jìn)行真空熱壓燒結(jié)試驗(yàn)，揭示了熱壓燒結(jié)溫度對(duì)Ti-22Al-25Nb合金顯微組織、相組成及含量、力學(xué)性能等方面的影響。采用等溫?zé)崽幚淼脑囼?yàn)方法，對(duì)熱壓燒結(jié)試樣中B2晶粒

3、的熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，觀察了不同等溫?zé)崽幚韰?shù)下顯微組織的演變規(guī)律。使用試驗(yàn)所得晶粒尺寸數(shù)據(jù)，建立加熱過(guò)程中B2相晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)晶粒長(zhǎng)大趨勢(shì)進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。通過(guò)對(duì)預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間相關(guān)程度分析及誤差分析，對(duì)晶粒長(zhǎng)大動(dòng)力學(xué)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了論證。研究結(jié)果確定了一條合理的制備Ti-22Al-25Nb合金的工藝路線，并為后續(xù)熱處理及熱加工試驗(yàn)奠定了良好基礎(chǔ)。
　　本研究在Marc軟件中建立了準(zhǔn)確的有限元模型，對(duì)粉末體熱壓燒結(jié)成形過(guò)

4、程進(jìn)行了模擬計(jì)算。研究了熱壓燒結(jié)過(guò)程中粉末顆粒的流動(dòng)規(guī)律，并結(jié)合坯料的應(yīng)力分布及摩擦因素對(duì)熱壓燒結(jié)過(guò)程中粉末的流動(dòng)進(jìn)行了分析。設(shè)定不同的壓制壓力、保壓時(shí)間及高徑比進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬結(jié)果表明各個(gè)燒結(jié)參數(shù)對(duì)粉末體坯料的致密度及相對(duì)密度分布均有影響。通過(guò)數(shù)值模擬手段，為后續(xù)真空熱壓燒結(jié)試驗(yàn)參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)。
　　結(jié)合有限元模擬結(jié)果和Ti-22Al-xNb合金相圖，選定α2+β/B2兩相區(qū)及β/B2單相區(qū)內(nèi)的不同溫度進(jìn)行真空熱壓燒

5、結(jié)試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，不同溫度下得到的燒結(jié)試樣均由等軸B2相、板條狀O相和分布在晶界附近的α2相組成。隨著燒結(jié)溫度的增加，燒結(jié)試樣的致密度逐漸增大，且各相的尺寸及含量均發(fā)生變化，對(duì)燒結(jié)試樣的力學(xué)性能產(chǎn)生了一定影響。結(jié)合微觀組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，1100oC、40MPa下保壓保溫1h為較優(yōu)異的制備Ti-22Al-25Nb合金的工藝參數(shù)。
　　為研究B2晶粒的熱穩(wěn)定性，選擇一系列溫度及保溫時(shí)間對(duì)1100oC燒結(jié)試樣進(jìn)行等溫?zé)崽幚碓囼?yàn)