高Nb-TiAl合金叶片等温模锻技术基础研究

摘要

因为高Nb-TiAl合金本征脆性、热加工变形能力差、热加工窗口很窄，难以进行热机械加工，要进行高Nb-TiAl合金叶片等温模锻，需要了解高Nb-TiAl合金材料高温流变行为、微观组织演变规律、热机械加工后受力和变形量分布情况。本文对高 Nb-TiAl合金锻造叶片进行详细的高温变形行为研究，分析显微组织和成形性能。
　　通过热模拟试验和ABAQUS动态-显式有限元模拟试验相结合的方法，分析900℃~1000℃变形温度，0.005s-1～0.05s-1应变速率，15％~50%变形量，不同坯料形状条件下高 Nb-TiAl合金材料流变行为、加工硬化、软化行为、微观组织演变规律，绘制出锻态高Nb-TiAl合金的热加工图。
　　在高Nb-TiAl合金热加工图中功率耗散效率η值在高温或低温的高应变速率区较低，加工行为处于失稳区域。高 Nb-TiAl合金流变失稳区分布在低变形温度和高应变速率区域，温度＞940℃的中、低应变速率区，热加工处于安全区。伴随变形量的增加，流变失稳区逐步向高变形温度和低应变速率蔓延。
　　高 Nb-TiAl合金微观组织受变形量、变形温度、应变速率影响明显。高变形温度和低应变速率可以减小材料的变形抗力，有效提高高 Nb-TiAl合金热加工性。具备合适变形量且匹配度较高的坯料形状可以提高材料等温模锻成形充型能力，削弱材料因变形不均产生的内应力。得出的最合适的参数组合为：A型坯料，变形温度950℃、应变速率0.01s-1、变形量35%。
　　采用得出的最佳锻造工艺进行高 Nb-TiAl合金叶片等温模锻试验。锻造得到的叶片形状尺寸完整，没有宏观缺陷，飞边溢出均匀，高 Nb-TiAl合金叶片锻件变形量较大的区域为溢出的飞边区域和叶身与榫头连接处，应力分布与应变分布基本一致。
　　叶片心部组织α2相的含量为12.3%，γ相的含量为83.5%，β/B2相的含量4.1%，γ相、α2相分布均匀，组织细小，片层厚度因等温模锻明显减小，平均晶粒尺寸下降，小角度晶界占比有所增加。叶片飞边处组织与心部组织不同，飞边处的晶粒无论是层片晶还是等轴晶都被压扁沿着流动方向拉长，流线方向基本一致，叶片飞边处存在10%左右的1μm以下的细小晶粒，叶片心部组织流线不及飞边处明显。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究背景和意义

1.2 TiAl合金

1.3 高Nb-TiAl合金

1.4 TiAl合金高温变形行为

1.5 TiAl合金的热加工技术

1.6 热加工图理论

1.7 数值模拟在热加工领域的应用

1.8 课题主要研究内容

第2章 试验材料的制备及试验方法

2.1 叶片等温模锻材料的制备

2.2 试验方法

第3章 高Nb-TiAl合金热模拟试验结果与分析

3.1 引言

3.2 高Nb-TiAl合金高温变形规律研究

3.3 高Nb-TiAl合金高温变形组织演变

3.4 高Nb-TiAl合金的热加工图的建立

3.5 高Nb-TiAl合金组织的EBSD结果分析

3.6 本章小结

第4章 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻有限元模拟

4.1 引言

4.2 有限元前处理

4.3 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻过程模拟分析

4.4 等温模锻工艺变参有限元结果分析

4.5 本章小结

第5章 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻研究

5.1 引言

5.2 高Nb-TiAl合金叶片等温模锻过程

5.3 叶片等温模锻结果与分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢