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TiAl基合金具有密度低、比强度高、比刚度高,以及良好的高温抗氧化、抗蠕变性能,是一种非常有潜力的轻质高温结构材料,在航空航天、汽车制造等工业领域有着广阔的应用前景。然而,由于TiAl基合金具有本质脆性,其室温塑性较低,变形困难阻碍了其实用化进程。本文研究了Ti-Al-Cr-Mo合金高温压缩变形行为、DEFORM-3D高温压缩模拟、板材包套轧制和高温氧化防护的方法。通过分析合金高温变形流变曲线、热变形激活能、加工图、DEFORM-3D模型和玻璃防护高温氧化行为,结合其组织的演化规律,提出了Ti-Al-Cr-Mo合金高温包套轧制和高温氧化防护的有效途径。论文主要创造性结论如下:
1)流变应力随应变速率的提高、变形温度的降低而增大。在变形过程中,流变应力随变形量的增大而增大,当流变应力达到峰值后趋于平稳,表明Ti-Al-Cr-Mo合金在变形过程中发生了动态再结晶(DRX)。热变形过程的流变应力可用双曲正弦本构关系来描述,应力指数为3.02978,平均激活能为337.75 kJ/mol,本构方程为ε=3.94×1010[sinh(0.00434σ)]3.02978 exp[-337.75/(RT)]。合金原始粗细不均匀的组织得到明显均匀化,变形后的组织为α2/γ层片晶团和γ晶粒组成的双态组织,在α2/γ层片晶团和γ晶粒的晶界交界处发现了分布均匀的B2相,通过不同条件热变形使B2相的数量明显减少和其形状趋于球化
2)Ti-Al-Cr-Mo合金高温压缩变形的最大变形量随温度的升高和应变速率的减小而增大,应变速率对其变形性能的影响是主要因素。合金在高温压缩变形的过程中发生了明显的DRX现象,DRX多发生在层片晶团的交界处。Ti-Al-Cr-Mo合金DEFORM-3D高温压缩模拟的实验结果与高温压缩变形的实验结果基本一致。应用高温包套轧制轧制出了板形完好的Ti-Al-Cr-Mo合金板材,板材显微组织均匀细小,明显改善了包套轧制前合金组织中晶粒尺寸不均匀的状态。
3)在1200℃时,粘流态的玻璃能很好的包裹在合金的表面,并随着玻璃成分的变化,对合金的保护效果发生明显的变化。玻璃成分为60SiO2-23Na2O-17CaO(wt％)时,包裹在合金表面的玻璃经过1200℃保温30 min后大部分脱落,防护效果降低。随着玻璃成分中SiO2含量的提高,玻璃脱落的面积逐渐减少。当玻璃成分为80S1O2-11Na2O-9CaO时,合金完全被玻璃包裹,有效的防止了合金被氧化。