Ti-Al-Nb-W-B合金的研究.pdf

1、細(xì)小的全層片TiAl合金具有最好的綜合力學(xué)性能，鑄造法是工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)TiAl合金成本最低的方法，用熔鑄法制備了晶粒細(xì)小的Ti-A1-Nb-W-B合金鑄錠。根據(jù)成分-組織-性能三者之間的關(guān)系，依據(jù)優(yōu)良力學(xué)性能對(duì)微觀組織的要求，對(duì)Ti-AI-Nb-W-B 合金的成分進(jìn)行了優(yōu)化，得到了一個(gè)優(yōu)化的成分Ti-45A1-7Nb-0.15B-0.4W(％，摩爾分?jǐn)?shù))，對(duì)優(yōu)化成分合金的鑄態(tài)組織進(jìn)行了熱處理，考察了Ti-45A1-7Nb-0.15B-0.

2、4W合金在熱處理過(guò)程中的組織演變規(guī)律，研究了鑄態(tài)組織中β(B<,2>)相在熱處理過(guò)程中的轉(zhuǎn)變規(guī)律，采用熱處理的方法消除了磁懸浮鑄錠中的塊狀β(B<,2>)相，得到了磁懸浮大錠的優(yōu)化熱處理工藝。對(duì)鑄態(tài)磁懸浮大錠進(jìn)行了優(yōu)化熱處理后測(cè)試了其力學(xué)性能，通過(guò)觀察抗拉斷口及合金的微觀組織，對(duì)Ti-45A1-7Nb-0.15B-0.4W合金的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了綜合評(píng)估。進(jìn)一步研究了用熱加工方法細(xì)化合金晶粒的工藝，并對(duì)熱加工后的合金進(jìn)行了初步的熱處理。研究

3、結(jié)果表明： 隨著鎢含量的增加，Ti-A1-Nb-W-B合金鑄態(tài)組織中的非平衡狀態(tài)加劇，網(wǎng)狀組織和胞狀組織的特征越來(lái)越明顯；均勻化處理態(tài)合金的片層組織更加完善，片層間距更加細(xì)小，β(B<,2>)相析出的量更多。從合金的成分。組織．性能的相互關(guān)系可以推斷，鎢含量為O.4％時(shí)，Ti-A1-Nb-B-W合金的組織合理，其力學(xué)性能較優(yōu)。 鑄造方法不同時(shí)所得Ti-45A1-7Nb-0.4W-0.15B合金的微觀組織也不同，其成因跟合

4、金的初始相區(qū)與冷卻條件有關(guān)。drop casting法Ti-45A1-7Nb-0.4W-0.1 5B合金鑄態(tài)組織的主要特征為：晶界薄，背散射電子像或電子探針背散射電子像模式下難于觀察到完整的晶界；晶界上無(wú)塊狀的初生β(B<,2>)相，但存在著連續(xù)線狀的β(B<,2>)相所構(gòu)成的網(wǎng)狀組織；沒(méi)有觀察到明顯的層片狀組織。磁懸浮法Ti-45A1-7Nb-0.4W-0.15B合金大錠微觀組織的特征為：有明顯的晶界，晶界較厚，晶界上有塊狀的初生β(

5、B<,2>)相；層片狀特征非常明顯。在特定的條件下不同方法所得微觀組織之間可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)變，在1450℃保溫2h后淬冰鹽水后，磁懸浮法大錠微觀組織的轉(zhuǎn)變成與drop casting法及重熔試樣的微觀組織相似性的微觀組織。 在1280～1295℃時(shí)Ti-45A1-7Nb-0.4W-0.15B合金會(huì)發(fā)生相變而從α+γ兩相區(qū)進(jìn)入殫相區(qū)，結(jié)合合金的DTA測(cè)試結(jié)果，可以推斷，θ<,a>約為1290+5℃。Dropcasting Ti-4

6、5A1-7Nb-0.4W-0.15B合金發(fā)生了α相轉(zhuǎn)變后，其微觀組織由近層片組織轉(zhuǎn)變?yōu)槿珜悠M織。磁懸浮Ti-45AI-7Nb-0.4W-0.15B合金在α單相區(qū)保溫3h,然后以不同的速率冷卻時(shí),其晶團(tuán)尺寸和層片間距均有差異,當(dāng)冷卻速率較快時(shí),如風(fēng)冷時(shí),晶團(tuán)尺寸約為120μm。而當(dāng)冷卻速率較小時(shí),如空冷或爐冷時(shí),晶團(tuán)已明顯長(zhǎng)大,這說(shuō)明冷卻速率對(duì)晶團(tuán)尺寸也有影響,高的冷卻速率可以減小晶團(tuán)尺寸。隨著冷卻速率的減小,層片越來(lái)越完全,層片間距也

7、越來(lái)越小。其原因在于隨著冷卻速率的降低,γ片析出的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng),析出也越來(lái)越完全。 在drop casting法鑄造條件下,Ti-45AI-7Nb-0.4W-0.15B合金的冷卻速率較大,微觀組織中沒(méi)有塊狀的β(B<,2>)相,只有二維線狀的β(B<,2>)相沿晶界分布并纏結(jié)成白色的網(wǎng)狀組織。在磁懸浮鑄造下,β(B<,2>)相以三維塊狀分布在晶界。在1250℃以下溫度進(jìn)行熱處理時(shí),β(B<,2>)相存在著溶解與析出的可逆過(guò)程。

8、磁懸浮鑄態(tài)Ti-45AI-7Nb-0.4W-0.15B合金在1260℃,8h,FC處理后β(B<,2>)相被徹底消除。 鑄態(tài)Ti-45AI-7Nb-0.15B-0.4W合金的硬度為HRC38.4,均勻化處理使合金的硬度降低至HRC36.9,隨后進(jìn)行的1280℃,3h,隨爐冷熱處理使合金的硬度進(jìn)一步降低至HRC36.5。鑄態(tài)Ti-45AI-7Nb-0.15B-0.4W合金在熱鍛后硬度被大幅提高,從HRC38.4提高到了HRC45

9、.4,提高了18.2[％]。鍛態(tài)Ti-45AI-7Nb-0.15B-0.4W合金在經(jīng)過(guò)1280℃,3h,隨爐冷熱處理后硬度降低,從HRC45.4降低至FIRC41.5,降低了8.6[％]。鑄態(tài)合金經(jīng)過(guò)1250℃,5h,隨爐冷熱處理后抗拉強(qiáng)度達(dá)到了710 MPa,延伸率達(dá)到了0.85[％];鑄態(tài)合金經(jīng)過(guò)熱等靜壓處理,再在1250℃保溫5h后隨爐冷處理后抗拉強(qiáng)度達(dá)到了690 MPa,延伸率達(dá)到了1.11[％]。 使用45<'[＃]

10、>碳鋼作為包套時(shí),TiAl合金的包套熱軋溫度不能低于1050℃,也不能超過(guò)1230℃,其最優(yōu)的溫度為1180℃。包套TiAl合金的名義相對(duì)變形量為30[％]時(shí),合金的實(shí)際最大相對(duì)變形量為50[％],微觀組織中的晶粒被拉長(zhǎng)、壓扁,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋。使用不銹鋼作為包套,包套TiAl合金的名義相對(duì)變形量為50[％]時(shí),合金的實(shí)際最大相對(duì)變形量為70[％],微觀組織中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋,再結(jié)晶進(jìn)行得并不充分。包套后TiAl合金的熱加工性能相當(dāng)好,可以在較