学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

TiAl基合金高温变形数值模拟及组织演化研究

作　者: 卢斌
导　师: 黄伯云
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: TiAl基合金数值模拟热处理显微组织晶粒长大
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

TiAl基合金因其优异的高温性能而被认为是未来航空航天、汽车发动机领域最具潜力的高温结构材料之一。但该合金的加工性能不足,严重影响了它的应用。为了优化TiAl基合金的加工工艺,制备外观良好的坯料及板材并获得具有较好力学性能的组织,本研究通过DEFORM数值分析软件对TiAl基合金高温锻造及轧制过程进行模拟分析。基于轧制态板材,进行热处理以期获得具有良好力学性能的双态及全层片组织,通过SEM, OM, TEM, XRD等手段对合金进行组织分析,并进行相关力学性能表征。得到如下主要结论：(1)通过建立坯料在锻造过程中的受力微分方程,可计算得到包套的门槛厚度。在TiAl基合金的包套锻造过程中,包套厚度的增加有利于坯料温度的均匀分布。同时随着包套厚度的增加,坯料受到的侧压力不断增大,这有助于降低坯料在变形时受到的损伤,减小坯料出现开裂的可能性。(2)较高轧制温度、较低的轧制速率及较小的道次压下率有利于TiAl基合金的轧制成形。在TiAl基合金的轧制过程中,轧制力随轧制温度的升高、轧制速率的减小及道次压下率的减少而降低。在板材边缘区容易造成较大的损伤,且损伤程度随着压下率增加而增大。因此,为保证TiAl基合金板材的轧制成功,宜采用较高轧制温度、较低轧制压下率及较慢轧制速率的轧制工艺。(3)轧态TiAl基合金板材在(α+γ)两相区不同温度下热处理,随着热处理温度的升高,所得的双态组织中的γ相体积分数不断降低,层片晶团的晶粒尺寸不断长大。轧态TiAl基合金板材在α单相区热处理得到全层片组织,随保温时间的缩短、热处理温度的降低及冷却速率的提高而得到细化。通过分析TiAl基合金板材在Ta温度以上热处理2min～120min时间段晶粒长大的热力学及动力学,得到合金晶粒长大因子为0.2,晶粒长大激活能为225KJ/mol。(4)轧制后TiAl基合金板材在800℃高温下具有较好的力学性能,在800℃、应变速率为10-4S-1下抗拉强度可达450MPa,断裂总延伸率可达29.8%。图61幅,表6个,参考文献87篇。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-25
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 TiAl基合金的基本特性  10-15
    1.2.1 TiAl基合金的晶体结构及相特性  10-12
    1.2.2 TiAl基合金组织及相变  12-13
    1.2.3 TiAl基合金的合金化  13-15
  1.3 TiAl基合金的制备加工技术  15-17
    1.3.1 铸锭冶金及铸造技术  16
    1.3.2 粉末冶金方法  16-17
  1.4 TiAl基合金的高温变形及热处理  17-22
    1.4.1 TiAl基合金的高温锻造  18-19
    1.4.2 TiAl基合金的高温挤压  19-20
    1.4.3 TiAl基合金的高温轧制  20-21
    1.4.4 TiAl基合金的热处理  21-22
  1.5 数值模拟在TiAl基合金变形中的应用  22-23
  1.6 本研究的目的及内容  23-25
2 研究路线及实验方案  25-29
  2.1 研究路线  25-26
  2.2 实验方案  26-29
    2.2.1 DEFORM-3D数值模拟  26
    2.2.2 数据分析  26
    2.2.3 热处理实验  26-27
    2.2.4 显微组织观察  27
    2.2.5 拉伸性能测试  27
    2.2.6 X射线衍射分析  27-29
3 TiAl基合金高温锻造的数值模拟研究  29-42
  3.1 研究背景  29
  3.2 数值模拟模型的构建  29-31
  3.3 包套材料的选择  31
  3.4 包套尺寸的选择  31-33
  3.5 模拟结果  33-41
    3.5.1 锻造过程温度场分析  33-35
    3.5.2 锻造过程应变分析  35-37
    3.5.3 锻造过程应力分析  37-39
    3.5.4 锻造过程破损系数分析  39-41
  3.6 实际锻造实验  41
  3.7 本章结论  41-42
4 TiAl基合金高温轧制的数值模拟  42-58
  4.1 研究背景  42
  4.2 轧制过程数值模拟的假设条件  42
  4.3 轧制过程数值模拟模型的构建  42-44
  4.4 模拟结果  44-55
    4.4.1 轧制过程温度场分析  44-45
    4.4.2 轧制过程等效应变场分析  45-48
    4.4.3 轧制过程等效应力场分析  48-49
    4.4.4 轧制过程轧制力分析  49-51
    4.4.5 轧制过程速度场分析  51-53
    4.4.6 轧制过程损伤系数分析  53-55
  4.5 实际轧制实验  55-56
  4.6 本章结论  56-58
5 TiAl基合金的组织演变及力学性能表征  58-76
  5.1 研究背景  58
  5.2 实验  58-59
  5.3 实验结果  59-74
    5.3.1 TiAl基合金轧制前显微组织  59-60
    5.3.2 TiAl基合金轧制后显微组织  60-62
    5.3.3 热处理对轧制后TiAl基合金双态组织的影响  62-65
    5.3.4 热处理对轧制后TiAl基合金全层片组织的影响  65-69
    5.3.5 轧制态TiAl基合金晶粒长大热力学及动力学  69-71
    5.3.6 力学性能  71-74
  5.6 本章结论  74-76
6 结论  76-78
参考文献  78-84
攻读硕士学位期间主要的研究成果  84-85
致谢  85

TiAl基合金高温变形数值模拟及组织演化研究

内容摘要

全文目录

相似论文