低密度Ti2AlNb基合金板材制備及組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、以正交有序結(jié)構(gòu)O相為主要組成相的Ti2AlNb基金屬間化合物因具有優(yōu)良的室溫塑性、較高的高溫比強(qiáng)度和抗蠕變性能，以及中等的抗氧化性，有望部分取代高密度鎳基超合金，在航空航天等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。但其含Nb量高，相對(duì)于TiAl及Ti3Al密度大，而且鑄態(tài)組織粗大，加工性能差，嚴(yán)重限制了其實(shí)際工程應(yīng)用。
　　本文通過添加β相強(qiáng)穩(wěn)定元素 Mo、V，代替部分重質(zhì)元素 Nb，采用水冷銅坩堝真空感應(yīng)熔煉爐(ISM)制備出密度僅為5.01g/cm

2、3，同時(shí)具有較高比強(qiáng)度的Ti2AlNb基合金。隨后，采用多步等溫鍛造、包覆熱軋及中間退火特殊熱機(jī)械加工工藝細(xì)化金屬間化合物粗大晶粒，以提高合金室溫塑性及強(qiáng)度，并分析了材料在熱加工過程中組織演變規(guī)律及性能變化原因。
　　合金鑄態(tài)組織平均晶粒尺寸約500μm，主要由 O、B2和α2相組成，O相呈粗片狀分布于B2相基體之上，α2相分布于原始B2相晶界處，其室溫和650℃抗拉強(qiáng)度分別為966MPa、848MPa，但塑性較差。經(jīng)多步等溫鍛造

3、后，原始粗大組織得到顯著細(xì)化，沿 B2相原始晶界分布的α2相碎化，變?yōu)閳A整的短棒狀或粒狀分布于由細(xì)小的O相和B2相組成的基體中，其室溫和650℃抗拉強(qiáng)度分別為1524MPa和766MPa，尤其是700℃延伸率達(dá)到19％，表明鍛態(tài)合金高溫塑性變形能力優(yōu)異，從而為板材軋制提供了合適的組織。采用包覆熱軋工藝，合金平均晶粒尺寸細(xì)化至1.5μm，并制備出尺寸為464×180×1.3mm3的Ti2AlNb基合金板材，其室溫下σ0.2、σb和δ分別為

4、1062MPa、1213MPa和5.51%，600℃合金σ0.2、σb和δ分別為767MPa、883MPa和12%，綜合力學(xué)性能優(yōu)良。
　　熱軋態(tài)Ti2AlNb基合金板材在800-1000℃、6.25×10-3s-1-2×10-4s-1變形條件范圍內(nèi)超塑性變形能力優(yōu)異，并在950℃、4×10-4s-1拉伸條件下獲得實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)最大延伸率668%。熱軋態(tài)Ti2AlNb基合金板材超塑性變形機(jī)制主要是晶界滑移(GBS)。變形初期，原始組織