TiAl塑性成形技術(shù)第1頁/共21頁一、γ-TiAl

基合金成分與組織特征

1.Ti-Al二元合金相圖

第2頁/共21頁性能Ti合金α2-Ti3Alγ-TiAlNi基合金密度/g·cm-34.5-4.94.1-4.73.7-4.37.9-9.1模量/GPa96-115100-145160-180195-220室溫屈服強(qiáng)度/MPa1200950600-8001350高溫屈服強(qiáng)度/MPa350550400350抗蠕變極限溫度/℃600750800-10001090抗氧化極限溫度/℃600650100010902.γ-TiAl與其它常見耐熱金屬結(jié)構(gòu)材料的性能比較第3頁/共21頁（a）近γ等軸晶組織（NG）；（b）γ/α2全層片組織（FL）（c）近γ/α2層片組織（NL）；（d）γ+γ/α2雙態(tài)組織（DP）3.γ-TiAl基合金的四種典型組織第4頁/共21頁γ-TiAl單相組織相比，適量的α2相能顯著改善γ-TiAl基合金的室溫塑性，另外，雙態(tài)組織的強(qiáng)度也明顯優(yōu)于單相γ-TiAl合金，且其強(qiáng)度隨α2相即層片組織體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，因為α2-Ti3Al的強(qiáng)度比γ-TiAl相更高。如果存在過多的α2相，合金的塑性又會變差，例如（γ+α2）全片層組織，由于其變形性能存在嚴(yán)重各向異性，使層片群邊界形成應(yīng)力集中，因此易導(dǎo)致在應(yīng)力作用下過早開裂。在層片群邊界存在一定數(shù)量的等軸γ相晶粒可部分緩解由于變形造成的應(yīng)力集中，從而提高塑性。因此，一般情況下，對于γ-TiAl基合金的四種組織形態(tài)，以γ與（γ+α2）同時存在的雙態(tài)組織所對應(yīng)的綜合力學(xué)性能比較好。

4.γ-TiAl基合金組織對力學(xué)性能的影響第5頁/共21頁二、γ-TiAl基合金的晶體學(xué)特征與位錯滑移機(jī)制

1.γ-TiAl

的晶體結(jié)構(gòu)與滑移系晶體結(jié)構(gòu)：γ-TiAl相具有正方點(diǎn)陣L10晶體結(jié)構(gòu)，a=0.4005nm，c=0.4070nm，c/a=1.016，c/a值隨合金中鋁含量增加在1.01-1.03之間變化；滑移面與滑移方向：γ-TiAl的滑移面為{111}面，滑移方向有<110]、<101]和<112]，如圖所示。其中：b1、b2、b3代表不全位錯的柏氏矢量。第6頁/共21頁（a）單晶γ-TiAl合金不同滑移系位錯開動CRSS與溫度的關(guān)系（a）單晶γ-TiAl合金不同位向屈服強(qiáng)度隨溫度的變化1.γ-TiAl基合金屈服強(qiáng)度的反常溫度關(guān)系三、γ-TiAl基合金的強(qiáng)度與高溫塑性

第7頁/共21頁細(xì)晶單相γ-TiAl多晶材料的屈服強(qiáng)度與延伸率隨溫度的變化

2.溫度對γ-TiAl基合金屈服強(qiáng)度與塑性的影響第8頁/共21頁3.γ-TiAl熱塑性變形的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Zener-Hollomon關(guān)系：

式中：Q是熱變形激活能；σp為熱變形峰值流動應(yīng)力，A、n為常數(shù)。上式亦可寫為：或：第9頁/共21頁粉末冶金Ti-47Al合金的在高溫下的壓縮變形行為

第10頁/共21頁

根據(jù)回歸處理，獲得表征Ti-47Al合金高溫變形過程溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)變對其流動應(yīng)力影響的變形本構(gòu)模型如下：

第11頁/共21頁Ti-47Al-2Cr-0.2Si合金Zener-Hollomon常數(shù)與晶粒尺寸的關(guān)系

3.晶粒尺寸對熱塑性變形Z參數(shù)的影響第12頁/共21頁四、γ-TiAl基合金成形工藝途徑

兩種典型的

γ-TiAl基合金制備與加工成形工藝路線示意圖第13頁/共21頁

鑄造Ti-47Al-4（Cr,Nb,Mo,B）合金等溫鍛件及鍛造前后組織對比（a）等溫鍛件（b）鍛前組織（b）鍛后組織五、γ-TiAl基合金的鍛造

1.鑄錠的開坯鍛造與組織改善主要方法：大擠壓比擠壓，多次包套鍛造、異軸三次鍛造等。第14頁/共21頁

γ-TiAl葉片的鑄錠冶金等溫鍛生產(chǎn)工藝路線示意圖(德國GKSS)2.γ-TiAl基合金葉片等溫鍛造工藝實(shí)例第15頁/共21頁

γ-TiAl基合金汽車發(fā)動機(jī)排氣閥門的鍛造工藝（德國）采用鍛造工藝生產(chǎn)的γ-TiAl基合金排氣閥零件實(shí)物

（德國）采用鍛造與機(jī)械加工制造的γ-TiAl零件（日本三菱重工）第16頁/共21頁六、γ-TiAl基合金的擠壓與軋制

γ-TiAl基合金的典型擠壓工藝流程（PlanseeAG）

γ-TiAl基合金的擠壓

擠壓工藝的目的：（1）獲得長軸類制件；（2）改善組織主要方法：包套熱擠壓第17頁/共21頁2.γ-TiAl基合金的軋制

目的：獲得γ-TiAl材料薄板；工藝方法：等溫軋制、包套軋制。γ-TiAl基合金等溫軋制工藝示意圖（日本神戶制鋼與三菱重工）

γ-TiAl板材與箔材的工業(yè)化生產(chǎn)（PlanseeAG）：板材最大規(guī)格尺寸2000mm×500mm×1.0mm；箔材最小厚度：150μm。第18頁/共21頁2.γ-TiAl板殼零件的成形（a）超塑性成形（氣脹成形）如：平均晶粒尺寸15μm的粉末冶金γ-TiAl基合金板材，在950℃以上溫度表現(xiàn)出良好的SPF潛力，在應(yīng)變速率1×10-5-1×10-31/s時，m值大約在0.4-0.7范圍內(nèi)變化，延伸率一般可達(dá)到200%左右或更高。