【摘 要】
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随着新一代高速飞行器向高马赫数、高承载、超长航时和超远航程的方向迅速发展,传统钛合金材料已经难以满足其高温要求。Ti Al合金具有密度低、强度大、使用温度高等优点,在航空航天领域具有巨大的应用前景。目前Ti Al合金薄壁构件的制造方法均采用“先成材后成形”的传统思路,并且传统的成形加工方法难以实现大型Ti Al复杂曲面中空结构的制备。因此提出“钛铝原位反应与超塑成形一体化”技术,以解决钛铝薄板材制
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随着新一代高速飞行器向高马赫数、高承载、超长航时和超远航程的方向迅速发展,传统钛合金材料已经难以满足其高温要求。Ti Al合金具有密度低、强度大、使用温度高等优点,在航空航天领域具有巨大的应用前景。目前Ti Al合金薄壁构件的制造方法均采用“先成材后成形”的传统思路,并且传统的成形加工方法难以实现大型Ti Al复杂曲面中空结构的制备。因此提出“钛铝原位反应与超塑成形一体化”技术,以解决钛铝薄板材制备和成形困难的问题,本文采用原位反应与半球胀形一体化工艺,通过气压加载将塑性变形引入钛铝箔材扩散反应的材料制备阶段,开展钛铝原位反应与超塑成形一体化基础研究,分析箔材塑性变形过程中钛和铝的扩散反应机制,以及塑性变形对微观组织成分和孔洞演变的影响。分析了在气压加载下,不同反应温度和反应时间钛箔和铝箔的扩散反应结果。温度640℃,反应4h时,铝全部反应完,生成唯一的金属间化合物Ti Al3。温度为850℃时,Ti和Ti Al3反应生成Ti3Al、Ti Al和Ti Al2;温度为1150℃时,Ti和Ti Al3反应生成Ti2Al5、Ti3Al、Ti Al和Ti Al2。分析了在气压加载下钛和铝的扩散反应机理,钛原子和铝原子发生相互扩散,形成钛基固溶体和铝基固溶体,当固溶体过饱和时形成Ti Al3。高温时,随着钛原子和铝原子的继续扩散,Ti Al3、Ti2Al5相继减薄消耗完,Ti3Al也逐渐减薄,Ti Al、Ti Al2发生竞争性生长,最后Ti Al2消耗完,形成Ti Al和Ti3Al两相共存。采用钛铝原位反应与半球胀形一体化工艺,得到不同反应温度和时间的高温胀形件,对钛铝扩散反应阶段加入塑性变形后对扩散反应结果的影响进行了研究,塑性变形改变了材料的受力状态,使材料受到双向拉应力和压应力的共同作用,双向拉应力有助于将孔洞拉长拉裂,压应力将孔洞压合,使孔洞长度和宽度方向的尺寸都减小,促进了孔洞尺寸的减小,从而缩短了原子间的扩散距离,促进了反应的进行,并且随着塑性变形量的增大,对孔洞尺寸减小和闭合的促进作用越明显。
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