微观组织结构对粉末冶金高Nb-TiAl基合金超塑性行为的影响机制

High Nb-containing TiAl alloys are considered to be the most promising light-weight high temperature structural materials. Through superplastic deformation, high Nb-containing TiAl sheets can be made into aerospace engine parts and structural components for the hypersonic aircraft such as skin, wings and shells. In the present program, investigation on the superplastic deformation of powder metallurgical Ti-45Al-7Nb-0.3W sheets will be carried out. After successful completion of this program, the effect of Nb during the superplastic deformation of the sheets will be illustrated. The quantitative relation between the high temperature properties of the sheets and microstructure characteristcs can be obtained. The synergistic mechanism of microstructure characteristcs on the superplastic deformation of the sheets can be clarified. The superplastic deformation mechanism of powder metallurgical TiAl sheets will be revealed and the interrelationship of microstructure characteristcs and superplastic deformation will be modeled. This program will provide a technical prototype for the application of superplastic deformation of powder metallurgical TiAl sheets.

高Nb-TiAl基合金被认为是最有应用潜力的新一代高温轻质结构材料，其板材可以通过超塑性成形制备航空航天发动机的零部件以及先进高速飞行器的蒙皮、翼、壳体等零部件。本项目以粉末冶金Ti-45Al-7Nb-0.3W合金板材为对象，通过开展超塑性变形研究，探明Nb元素在粉末冶金高Nb-TiAl基合金板材超塑性变形过程中的作用；确定微观组织结构多种要素与粉末冶金高Nb-TiAl基合金板材高温性能的定量关系；分析微观组织结构多种要素对粉末冶金高Nb-TiAl基合金超塑性变形的协同作用机制；揭示微观组织结构调控下的粉末冶金高Nb-TiAl基合金板材超塑性成形机理，构建粉末冶金高Nb-TiAl基合金板材的“微观组织结构-超塑性成形”的关系模型。该项目的研究可以为超塑性成形在粉末冶金高Nb-TiAl合金板材中的应用提供技术原型。

由于TiAl基合金热加工能力差，超塑性成型作为一种重要的加工手段，然而目前TiAl基合金的超塑性行为的研究仍不够深入。本研究通过对粉末冶金热等静压高Nb-TiAl基合金进行不同制度加工处理，研究了微观组织对高Nb-TiAl合金超塑性能力的影响，并从理论上研究了超塑性变形过程中的组织演化规律及变形机理。.研究了粉末冶金热等静压态Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的超塑性变形行为，发现合金在变形温度为1000℃，应变速率为5×10-5s-1时，合金伸长率为303%，变形机制为位错运动、机械孪生、晶界滑动和α2/γ层片晶团的旋转。.研究了双态热处理对粉末冶金热等静压态Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的影响，获得了合金适宜的层片比例。在变形温度为1000℃，应变速率为1×10-4s-1时，层片晶团为15%的合金拉伸伸长率为175%。提高α2/γ层片晶团含量，合金的超塑性变形能力降低。层片晶团的含量为47%的合金的伸长率为94%，此时变形机制为层片晶团弯曲变形和动态再结晶。.研究了轧制对粉末冶金热等静压态Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的影响，在轧制温度为1270℃，总变形量为60%时，合金板材具有最佳的超塑性变形能力，在变形温度为950℃，应变速率为5×10-5s-1时伸长率达到386%，合金的主要超塑性变形机制为动态再结晶与晶界滑移。.研究了锻造对粉末冶金热等静压态Ti-45Al-7Nb-0.3W合金的影响。在相同的变形量下，多向锻造后合金的组织比单向锻造后合金的组织更为均匀，并具有更优秀的超塑性变形能力。当变形温度为900℃，应变速率为5×10-5s-1时，多向锻合金伸长率达到550%。合金锻件在超塑性变形过程中的主要发生动态再结晶、晶界滑动与α2↔β相变。.探索了原位生成Ti2AlNb增强粉末冶金TiAl合金（Ti-45Al-(5+2)Nb-0.3W）的挤压变形和热处理对材料组织和高温力学性能的影响，揭示了增强相的形成和演化规律，探明了不同元素的扩散规律，揭示了Ti2AlNb相对Ti2AlNb/TiAl复合材料在高温下的增强机理。