TiAl塑性成形技術hulianxiPPT課件

1、-TiAl 基合金構(gòu)件塑性成形技術,一、-TiAl 基合金成分與組織特征,1. Ti-Al 二元合金相圖,性 能 Ti 合金 2 -Ti3Al -TiAl Ni基合金 密度/gcm-3 4.5-4.9 4.1-4.7 3.7-4.3 7.9-9.1 模量/GPa 96-115 100-145 160-180 195-220 室溫屈服強度/MPa 1200 950 600-800 1350 高溫屈服強度/MPa 350 550 400 350 抗蠕變極限溫度/ 600 750 800-1000 1090 抗氧化極限溫度/ 600 650 1000 1090,（a）近等軸晶組織（NG）；（b）/2

2、全層片組織（FL） （c）近/2層片組織（NL）；（d） + /2 雙態(tài)組織（DP）,3. -TiAl 基合金的四種典型組織,-TiAl單相組織相比，適量的2相能顯著改善-TiAl基合金的室溫塑性，另外，雙態(tài)組織的強度也明顯優(yōu)于單相-TiAl合金，且其強度隨2 相即層片組織體積分數(shù)的增加而增加，因為2-Ti3Al 的強度比-TiAl相更高。 如果存在過多的2 相，合金的塑性又會變差，例如（+2）全片層組織，由于其變形性能存在嚴重各向異性，使層片群邊界形成應力集中，因此易導致在應力作用下過早開裂。 在層片群邊界存在一定數(shù)量的等軸相晶粒可部分緩解由于變形造成的應力集中，從而提高塑性。因此，一般情況

3、下，對于-TiAl基合金的四種組織形態(tài)，以與（+2）同時存在的雙態(tài)組織所對應的綜合力學性能比較好。,4. -TiAl 基合金組織對力學性能的影響,二、-TiAl 基合金的晶體學特征與位錯滑移機制,1. -TiAl 的晶體結(jié)構(gòu)與滑移系,晶體結(jié)構(gòu)：-TiAl 相具有正方點陣L10晶體結(jié)構(gòu)，a=0.4005nm，c=0.4070nm，c/a=1.016，c/a值隨合金中鋁含量增加在1.01-1.03之間變化； 滑移面與滑移方向：-TiAl 的滑移面為111面，滑移方向有 110、101 和 112，如圖所示。其中：b1、b2、b3代表不全位錯的柏氏矢量。,（a）單晶-TiAl合金不同滑移系位錯開動

4、CRSS與溫度的關系,（a）單晶-TiAl合金不同 位向屈服強度隨溫度的變化,1. -TiAl基合金屈服強度的反常溫度關系,三、-TiAl 基合金的強度與高溫塑性,細晶單相-TiAl 多晶材料的屈服強度與延伸率隨溫度的變化,2. 溫度對-TiAl基合金屈服強度與塑性的影響,3. -TiAl 熱塑性變形的應力-應變關系,Zener-Hollomon關系：,式中：Q是熱變形激活能；p為熱變形峰值流動應力，A、n為常數(shù)。上式亦可寫為： 或：,粉末冶金Ti-47Al 合金的在高溫下的壓縮變形行為,根據(jù)回歸處理，獲得表征Ti-47Al合金高溫變形過程溫度、應變速率、應變 對其流動應力影響的變形本構(gòu)模型如

5、下：,Ti-47Al-2Cr-0.2Si 合金Zener-Hollomon常數(shù)與晶粒尺寸的關系,3. 晶粒尺寸對熱塑性變形Z參數(shù)的影響,四、-TiAl 基合金成形工藝途徑,兩種典型的 -TiAl基合金制備與加工成形工藝路線示意圖,鑄造Ti-47Al-4（Cr, Nb, Mo, B）合金等溫鍛件及鍛造前后組織對比 （a）等溫鍛件 （b）鍛前組織 （b）鍛后組織,五、-TiAl 基合金的鍛造,1. 鑄錠的開坯鍛造與組織改善,主要方法：大擠壓比擠壓，多次包套鍛造、異軸三次鍛造等。,-TiAl 葉片的鑄錠冶金等溫鍛生產(chǎn)工藝路線 示意圖(德國GKSS),2. -TiAl 基合金葉片等溫鍛造工藝實例,-T

6、iAl基合金汽車發(fā)動機排氣閥門的鍛造工藝（德國）,采用鍛造工藝生產(chǎn)的-TiAl基合 金排氣閥零件實物 （德國）,采用鍛造與機械加工制造的 -TiAl 零件（日本三菱重工）,六、-TiAl 基合金的擠壓與軋制,-TiAl 基合金的典型擠壓工藝流程（Plansee AG）,-TiAl 基合金的擠壓 擠壓工藝的目的：（1）獲得長軸類制件；（2）改善組織 主要方法：包套熱擠壓,2. -TiAl 基合金的軋制 目的：獲得-TiAl 材料薄板；工藝方法：等溫軋制、包套軋制。,-TiAl 基合金等溫軋制工藝示意圖（日本神戶制鋼與三菱重工）,-TiAl 板材與箔材的工業(yè)化生產(chǎn)（Plansee AG）：板材最大

7、規(guī)格尺寸2000mm500mm1.0mm ；箔材最小厚度：150m。,2. -TiAl 板殼零件的成形,（a） 超塑性成形（氣脹成形） 如：平均晶粒尺寸15m 的粉末冶金 -TiAl基合金板材，在950以上溫 度表現(xiàn)出良好的SPF潛力，在應變速 率110-5-110-3 1/s時，m值大約在 0.4-0.7范圍內(nèi)變化，延伸率一般可達 到200%左右或更高。,（b） 熱彎或熱模壓成形 如：高速民用運輸機翼體結(jié) 構(gòu)零件中的U形波紋狀筋板， 超音速推進系統(tǒng)中板殼桁架 結(jié)構(gòu)等零件。,Thank you very much for your attention!,一、-TiAl 基合金成分與組織特征,1. Ti-Al 二元合金相圖,一、-TiAl 基合金成分與組織特征,1. T