热力作用下Ti-(14-18)Al-xNb合金相演变规律及组织性能关系研究

The welding technology for titanium and intermetallic compounds can be used for components manufacturing with temperature gradient and stress gradient. Due to the chemical compositions of welding zone are different from the base alloys, the microstructures are complicated, resulting the microstructures are uncontrollability and mechanical properties are poor that the application fields were restricted. The effect of Al and Nb element content on the microstructures and properties forTi-(14-18)Al-xNb（at%）alloy are researched on the basis of previous work. The statistical distribution for microstructure evolution, phase morphology, size, volume fraction and phase domain size, orientation are studied under different hot deformation parameters based on the optimization parameters. The quantitative relationship between phase parameters and properties are established combined with the mechanical properties analysis, obtaining the best thermal deformation technology for Ti-14Al-xNb alloy. It can provide the technology supports of hot working for Ti-Al-Nb alloy and dissimilar metals weldments.

钛合金和钛基金属间化合物合金焊接技术可以用于具有温度和应力梯度要求的零件制造，但由于焊缝区域元素成分介于母材之间，造成了微观组织结构的复杂性，使其力学性能难以控制，综合性能较低，制约了其应用领域。项目在前期的研究工作基础上，针对特定元素含量的Ti-Al-Nb合金进行研究，探索Al、Nb元素含量对Ti-(14-18)Al-xNb（at%）钛基合金组织以及性能的影响。在优化合金热变形参数的基础上，研究不同变形参数下合金微观组织中各种相的演变规律，获得相的形态、大小、百分占比以及相丛的大小、取向的统计分布规律。结合力学性能数据分析，建立相参数与性能之间的定量关系，获取Ti-(14-18)Al-xNb合金热变形的最佳工艺，为Ti-Al-Nb系合金、异种合金焊接件的热加工提供科学技术支撑。

钛合金和钛基金属间化合物合金焊接技术可以用于具有温度和应力梯度要求的零件制造，但由于焊缝区域元素成分介于母材之间，造成了微观组织结构的复杂性，使其力学性能难以控制，综合性能较低，制约了其应用领域。本项目旨在探索Al、Nb元素含量对Ti-(14-18)Al-xNb（at%）钛基合金组织以及性能的影响。对比铸态Ti-16Al-6Nb、Ti-16Al-10Nb以及Ti-16Al-14Nb合金的组织及性能，可以发现铸态合金的显微组织都为魏氏体形态，主要由α2和β相组成。随着Nb元素含量的增加，抗压强度以及抗拉强度呈现增加的趋势。而随着退火热处理的进行，合金的抗压强度有不同程度的降低。通过锻造变形可以改善合金的显微组织，同时使得合金的抗拉强度以及延伸率得到较大的提高。对比Ti-14Al-10Nb、Ti-16Al-10Nb和Ti-18Al-10Nb三种合金的摩擦磨损性能可以发现，原始铸态下合金的摩擦系数最大，随着退火温度的升高，合金的摩擦系数呈降低的趋势。Ti-18Al-10Nb在945℃退火60min后的摩擦系数及磨损量较小，在磨损表面可以发现残留的α2相形貌。对比不同合金的氧动力学曲线可以发现，Al元素含量的增加，会使得合金的氧化增重速率增加；而Nb元素含量的增加，会使得合金的氧化增重速率呈降低的趋势。合金的氧化动力学曲线符合抛物线的增长规律。研究了Ti-14Al-10Nb合金热变形行为研究，建立了相应应变下的本构方程；基于动态材料模型获得了合金的热加工图，优化合金热变形参数。通过改变Ti-15Al-14Nb合金热处理工艺，获得了不同相尺寸的显微组织，结合力学性能数据分析，建立相参数与性能之间的定量关系模型。通过本项目的研究，丰富了Ti-Al-Nb系合金的组织演变规律以及组织性能关系，同时为Ti-Al-Nb系合金、异种合金焊接件的热加工提供技术支撑。