iAl塑成形技术hulianxiPPT课件.ppt

TiAl基合金构件塑性成形技术 1 一 TiAl基合金成分与组织特征 1 Ti Al二元合金相图 2 性能Ti合金 2 Ti3Al TiAlNi基合金密度 g cm 34 5 4 94 1 4 73 7 4 37 9 9 1模量 GPa96 115100 145160 180195 220室温屈服强度 MPa1200950600 8001350高温屈服强度 MPa350550400350抗蠕变极限温度 600750800 10001090抗氧化极限温度 60065010001090 3 a 近 等轴晶组织 NG b 2全层片组织 FL c 近 2层片组织 NL d 2双态组织 DP 3 TiAl基合金的四种典型组织 4 TiAl单相组织相比 适量的 2相能显著改善 TiAl基合金的室温塑性 另外 双态组织的强度也明显优于单相 TiAl合金 且其强度随 2相即层片组织体积分数的增加而增加 因为 2 Ti3Al的强度比 TiAl相更高 如果存在过多的 2相 合金的塑性又会变差 例如 2 全片层组织 由于其变形性能存在严重各向异性 使层片群边界形成应力集中 因此易导致在应力作用下过早开裂 在层片群边界存在一定数量的等轴 相晶粒可部分缓解由于变形造成的应力集中 从而提高塑性 因此 一般情况下 对于 TiAl基合金的四种组织形态 以 与 2 同时存在的双态组织所对应的综合力学性能比较好 4 TiAl基合金组织对力学性能的影响 5 二 TiAl基合金的晶体学特征与位错滑移机制 1 TiAl的晶体结构与滑移系 晶体结构 TiAl相具有正方点阵L10晶体结构 a 0 4005nm c 0 4070nm c a 1 016 c a值随合金中铝含量增加在1 01 1 03之间变化 滑移面与滑移方向 TiAl的滑移面为 111 面 滑移方向有 110 101 和 112 如图所示 其中 b1 b2 b3代表不全位错的柏氏矢量 6 a 单晶 TiAl合金不同滑移系位错开动CRSS与温度的关系 a 单晶 TiAl合金不同位向屈服强度随温度的变化 1 TiAl基合金屈服强度的反常温度关系 三 TiAl基合金的强度与高温塑性 7 细晶单相 TiAl多晶材料的屈服强度与延伸率随温度的变化 2 温度对 TiAl基合金屈服强度与塑性的影响 8 3 TiAl热塑性变形的应力 应变关系 Zener Hollomon关系 式中 Q是热变形激活能 p为热变形峰值流动应力 A n为常数 上式亦可写为 或 9 粉末冶金Ti 47Al合金的在高温下的压缩变形行为 10 2020 2 4 11 根据回归处理 获得表征Ti 47Al合金高温变形过程温度 应变速率 应变对其流动应力影响的变形本构模型如下 12 Ti 47Al 2Cr 0 2Si合金Zener Hollomon常数与晶粒尺寸的关系 3 晶粒尺寸对热塑性变形Z参数的影响 13 四 TiAl基合金成形工艺途径 两种典型的 TiAl基合金制备与加工成形工艺路线示意图 14 铸造Ti 47Al 4 Cr Nb Mo B 合金等温锻件及锻造前后组织对比 a 等温锻件 b 锻前组织 b 锻后组织 五 TiAl基合金的锻造 1 铸锭的开坯锻造与组织改善 主要方法 大挤压比挤压 多次包套锻造 异轴三次锻造等 15 TiAl叶片的铸锭冶金等温锻生产工艺路线示意图 德国GKSS 2 TiAl基合金叶片等温锻造工艺实例 16 TiAl基合金汽车发动机排气阀门的锻造工艺 德国 采用锻造工艺生产的 TiAl基合金排气阀零件实物 德国 采用锻造与机械加工制造的 TiAl零件 日本三菱重工 17 六 TiAl基合金的挤压与轧制 TiAl基合金的典型挤压工艺流程 PlanseeAG TiAl基合金的挤压挤压工艺的目的 1 获得长轴类制件 2 改善组织主要方法 包套热挤压 18 2 TiAl基合金的轧制目的 获得 TiAl材料薄板 工艺方法 等温轧制 包套轧制 TiAl基合金等温轧制工艺示意图 日本神户制钢与三菱重工 TiAl板材与箔材的工业化生产 PlanseeAG 板材最大规格尺寸2000mm 500mm 1 0mm 箔材最小厚度 150 m 19 2 TiAl板壳零件的成形 a 超塑性成形 气胀成形 如 平均晶粒尺寸15 m的粉末冶金 TiAl基合金板材 在950 以上温度表现出良好的SPF潜力 在应变速率1 10 5 1 10 31 s时 m值大约在0 4 0 7范围内变化 延伸率一般可达到200 左右或更高 b 热弯