β相与织构的协同作用对TiAl基合金热塑性变形行为的影响机制研究

TiAl基合金具有密度低、高比强度、比刚度和良好的高温性能，被誉为最有发展前景的新型轻质高温结构材料。但由于TiAl基合金的本质脆性，其加工难度很大，从而严重制约了该种材料的工程化应用。本项目以粉末冶金Ti-45Al-7Nb-0.4W合金为为研究对象，通过对粉末冶金Ti-45Al-7Nb-0.4W合金进行热模拟压缩实验，运用OM、SEM、TEM、EBSD和XRD等分析与检测手段，研究合金中β相、织构在热变形过程中相互影响及其机理，并开创性的探索β相与织构的协同作用对TiAl基合金热塑性变形行为的影响机制，建立β相、织构与TiAl基合金热变形行为的关系模型。探索通过合理调整β相的含量与存在形态、控制合金中织构的组分与分布的途径提高TiAl基合金的热变形能力，为TiAl基合金的塑性成形加工尤其是板材的轧制成形提供科学的理论指导。

由于TiAl 基合金的本质脆性，其加工难度很大，严重制约了该种材料的工程化应用。本研究在物理模拟和数值模拟的基础上，对三种典型成份的粉末冶金TiAl合金进行轧制，从理论上对热轧过程的组织演化规律以及变形机理进行了分析。.通过对粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W合金高温流变行为及加工图的研究，建立了合金包含真应变的热变形本构方程，确定了合金适宜的热加工温度和应变速率区间，揭示了合金高温变形时的组织演化规律。采用数值模拟的方法，得到合金热轧过程中的温度变化规律，发现轧制温度主要对轧制力产生影响，轧制速度主要影响轧制过程金属流速差，道次变形量对轧制力、损伤以及金属流速差均有显著影响。.通过对粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金轧制研究，获得了合金适宜的轧制温度为1280℃，道次压下量为10%，轧制速度为40mm/s，探明了轧制温度、轧制速度、道次变形量以及总变形量对合金力学性能的影响规律。.研究了轧制前热处理对粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W合金高温性能的影响，优化了合金的热轧工艺，合金最优的热轧温度为1300℃，道次压下量为15%，轧制速度为40mm/s。.探索了粉末冶金高Nb含量Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的热轧工艺，获得了适宜的轧制工艺，揭示了合金的热轧变形机制。热轧温度为1270℃，道次变形量为10%，轧制速度为35mm/s时，可获得综合力学性能优良的板材；轧制速度为50mm/s时，可获得高温塑形优秀的板材，粉末冶金高Nb TiAl中的β相含量非常少，合金轧制过程中的塑性变形主要由γ 相来承担。.优化了粉末冶金TiAl合金板材轧制工艺，提出一种变速轧制工艺，该工艺有利于制备厚度更薄，尺寸更大的TiAl基合金板材，并且比传统工艺轧制的板材具有更高的力学性能。其中Ti-45Al-7Nb-0.3W板材最大尺寸达到2mm× 355mm×620mm，室温下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到883MPa，722MPa和1.6%。.探明了粉末冶金TiAl合金的热变形机制，变形初期的变形机制以位错增殖和滑移为主，变形过程中合金的软化机制为α2 相的动态回复以及γ 相的动态再结晶，热轧早期，β相再结晶促进的γ 相晶界滑移是主要变形机制，随着变形的进行，γ 相和层片组织的再结晶以及孪生成为主要变形机制。