InconelX-750钢丝现货、生产为改善其在室温下较差的力学性能,作为热加工工艺之一的挤压工艺不但增加了合金组织致密性,而且可以细化晶粒,提高材料的综合力学性能。本文以挤压态Ti-44Al-(Nb,Mo,V,Y)及两种不同成分合金棒材为研究对象,对两种棒材的显微组织及力学性能进行测试分析,并对挤压态Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金的高温变形行为进行了研究。利用XRD相组成分析初步确定两种合金中均含有γ-Ti Al、α2-Ti3Al及β0相。SEM组织分析结果表明,挤压态Ti-44Al-(Nb,Mo,V,Y)合金为典型双态组织,由等轴状的γ晶粒及尺寸和含量与之相近的α2/γ层片晶组成,晶粒尺寸在10μm左右,层片晶与γ晶粒间可见细小的β0晶粒,稀土Y2O3颗粒分布于合金基体中;挤压态Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金为近层片组织,层片尺寸在100-200μm之间,α2/γ层片与γ晶粒间可见细小的β0晶粒。
对两种合金进行了EBSD分析,结果表明两种合金中γ-Ti Al相均占有高比重,α2-Ti3Al相含量其次,β0相含量低;两种合金中都存在大量大角度晶界,证明挤压过程中两种合金均发生了动态再结晶现象。拉伸试验结果表明室温下两种合金均具有高抗拉强度,分别达到736.2MPa和756.7MPa,随着温度的升高,材料强度降低,塑性提高,温度在850℃时合金的延伸率分别为30.8%及9.2%,断口形貌观察结果表明室温下两种合金均呈现脆性准解理断裂特征,温度升高后断口塑性变形程度逐渐增大,850℃时两种合金中都出现韧窝,但挤压态Ti-44Al-(Nb,Mo,V,Y)合金韧窝不明显。根据拉伸数据结果确定两种合金的韧脆转变温度均处于750℃-800℃之间。

维氏硬度测试结果表明两种合金的径向平均硬度分别为375.71Hv及312.49Hv,轴向为357.56Hv及320.01Hv。室温压缩性能方面,两种合金径向抗压强度分别为2679.3MPa及2016.2MPa,均高于轴向的2373.7MPa及1988.3MPa,说明挤压变形导致合金力学性能出现差异。对挤压态Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金在变形温度为1020℃-1260℃,应变速率为0.001s-1-0.1s-1,变形度为60%下的高温变形行为进行了研究。通过Arrhenius公式计算得到合金的变形激活能为586.2k J/mol。根据能量耗散效率和连续失稳判据计算并绘制了合金在60%变形度下的热加工图。随着变形温度的升高和应变速率的降低,再结晶γ晶粒体积分数和尺寸逐渐增加。综合考虑到合金热加工窗口、热加工图、应变速率及变形温度对组织的影响,终确定挤压态Ti-46Al-(V,Cr,Ni)合金的佳变形条件为:1180℃-1220℃/0.005s-1-0.01s-1。
镍基高温合金作为在各种空、天发动机和燃气轮机中服役的主要材料,具有重要应用价值。对综合性能优异的镍基高温合金的铸造成型工艺进行研究,具有重要的应用价值。K418是γ,相沉淀强化型镍基铸造高温合金,具有良好的蠕变强度、热疲劳性能和抗氧化性能等优点,已广泛应用于空天、船舶、汽车等领域。开展对K418铸造合金的成型工艺的研究具有重要的理论和实际意义。本文以K418镍基高温合金为研究对象,采用ProCAST铸造模拟软件对不同厚度薄板K418在不同环境压力下的熔模精密铸造过程进行数值模拟仿真。其薄板的尺寸为400×300,厚度分别为3mm、5mm、7mm、9mm。根据模拟实验结果,在不同的环境压力下,采用真空感应熔炼炉浇注不同厚度的壁板。对拉伸试样进行1180℃+2h+空冷960℃+16h+空冷的固溶时效热处理。

结合金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、电子天平、显微硬度计、电子*实验机等分析与测试手段,研究环境压力对K418合金不同厚度薄板组织与性能的影响。用ProcAST铸造模拟软件对K418在环境压力为真空和101.325kPa下的充型凝固过程进行模拟。铸件在真空下采用熔模精密铸造模块,在一个标准大气压下采用重力铸造模块。模拟结果表明,在两种不同的环境压力下,铸件均能平稳的充满型壳;不同厚度的壁板的冷却顺序*,壁板边缘首先凝固、然后是壁板中间,后是靠近缝隙浇道的部位。在真空下,壁板在凝固时间800s时,铸件的固相率能够达到80%以上;在加压下,壁板在凝固时间为600s时,铸件的固相率能够达到80%以上。表明加压比真空下铸件冷却速度快。不同厚度的壁板中间易产生缩孔缩松缺陷。在环境压力为真空和101.325kPa下,用真空感应熔炼炉浇注铸件。
结果表明,对同一厚度铸件,压力作用下浇注的铸件组织更为致密、维氏硬度更高;压力作用对5mm壁板组织形貌影响为显著,其次是7mm壁板组织形貌,对3mm与9mm组织形貌影响不大;压力作用对厚度越小的壁板中间部位密度的增加效果更为显著,对靠近缝隙部位也有影响。热处理后室温拉伸性能并不呈现规律性变化,延伸率在0%到1.81%之间变化,铸件总体延伸率都比较小,真空环境下浇注的铸件延伸率稍大。抗拉强度从543MPa到919MPa之间变化,起伏比较大。
TiAl合金作为一种新型的轻质高温结构材料,具有高比强度、比模量、良好的抗蠕变性及耐腐蚀性等优点,在空天及汽车工业领域的应用前景广阔。但是室温延展性差和高温抗氧化性和强度不足一直制约TiAl合金实现进一步的工程应用,因此如何提高TiAl系合金的室温延展性和高温性能成为各国学者研究的热点。本文通过在Ti-48Al-2Cr-2Nb合金熔炼过程中加入纳米Y2O3和热处理来改善合金的组织,提高合金的性能,对添加纳米Y2O3对TiAl合金高温抗氧化性和强度的影响及其作用机制,添加纳米Y2O3对热处理过程中的组织演变的影响等方面了做了系统的研究。

高温抗氧化实验表明,与Ti4822合金相比,Ti4822-42有更好的抗氧化性,在800、850、和900℃循环氧化100h的氧化增重分别减少18.31%、19.31%和30.72%,其机理是:Y2O3的添加可以细化TiAl合金发生氧化时形成的氧化物的尺寸,抑制氧化物形态的恶化,即由排列紧密的近六边形状变为排列疏松多孔的柱状和方块状,增强氧化层与基体的结合强度,同时可以促进Al2O3的生成,延缓合金氧化反应的进程,改善了氧化层的结构,提高了合金的抗氧化性能铸态Ti4822-73合金拥有较高的室温和高温强度,室温下的平均抗拉强度达到593MPa,750℃下达到708MPa,800℃下达到616MPa,对铸态Ti4822-42和Ti4822-73合金拉伸变形前后的组织进行TEM观察,发现纳米Y2O3的加入导致合金中生成大量的γ孪晶,并在两孪晶界间发现大量的位错塞积,同时亦在Y2O3颗粒附近发现严重的位错塞积,这说明纳米Y2O3的强化机制是在合金中导致大量的孪晶界阻碍位错的运动,其本身对位错运动也有阻碍作用。
热处理实验发现添加纳米Y2O3的Ti4822-42合金在1100-1250℃保温36h就得到了近γ组织,温度越低得到的组织中γ晶尺寸越小,但残留粗大层片的情况也越严重,温度越高,近γ转变越充分,但部分γ晶会粗化。近γ转变主要通过连续粗化反应进行的,这是由于合金内部的偏析有利于连续粗化反应的进行。在热处理过程中α相所占体积分数增加,小角晶界的数量明显减少。纳米氧化钇的添加促进了γ晶的形成,明显提高了γ→ɑ相变的温度,降低了组织转变的速度。在高温长时间保温富钇相主要呈现球化和聚集长大的趋势,由分散的块状、尖锐条状逐渐形成球状、骨头状和不规则由块状和条状组成的聚合状,且球状颗粒倾向于分布在γ晶晶界处,而大块富钇相聚集物则大部分分布在晶内。本文设计的三步热处理和循环热处理工艺可以先分别获得晶粒平均尺寸为15μm、20μm的近γ组织,且后者晶粒尺寸分布均匀,进一步热处理可以获得全层片组织。

InconelX-750钢丝现货、生产TiAl基合金是一种应用前景的中高温结构材料,对于含片层TiAl基合金,通过定向凝固技术控制其微观组织可提高其综合力学性能。本文主要采用Bridgman定向凝固技术,控制具有不同凝固路径的TiAl基合金的微观组织。首先研究了不同凝固路径的TiAl合金在定向凝固准备阶段糊状区内的微观组织演变,而后通过常规定向凝固技术对TiAl合金定向凝固,重点研究了起始界面处糊状区对微观组织的影响,后采用籽晶法消除了糊状区对微观组织的影响,以达到定向凝固合金的微观组织控制。在α型凝固Ti-43Al-3Si合金中含有先析出Ti5Si3相、共晶Ti5Si3相和α2+γ片层组织,在一定温度梯度下,对该合金进行热稳定化处理后,该合金的糊状区由液相、α晶粒和Ti5Si3相组成。随着热稳定时间的延长,温度梯度区熔效应(TGZM)发生,糊状区逐渐变短,糊状区内液相体积分数逐渐减少,Ti5Si3相不断长大。对于β包晶凝固型Ti-47Al-1.0W-0.5Si合金,铸态合金主要有片层组织和Ti5Si3相及少量B2相组成。
其糊状区由液相和β晶粒组成,同时伴随包晶反应L+β→α的发生,随着热稳定化处理时间延长,糊状区内液相逐渐减少,包晶转变逐渐被限制。β单相凝固型Ti-44Al-5Nb-1.5Cr-1.0W-0.5Si合金主要含有γ/α2片层组织、晶界处的γ/B2相及晶内的B2相。随着热稳定化处理时间的增加,固/液界面趋于平整,内部液滴数量减少,固/液界面前方溶质元素分布逐渐趋于稳定,聚集的硅化物逐渐减少。在定向凝固过程中Ti-47Al(W,Si)合金的*相为α相,主要原因是凝固过程中的溶质偏析、成分过冷以及Y2O3陶瓷模壳对合金熔体的污染等因素造成的。对于Ti-47Al-1.0W-0.5Si合金,稳态生长时合金的凝固路径为:L→L+α→Ti5Si3+α+γ→Ti5Si3+(α2+γ)。由于W元素的添加,在合金中形成了S-型偏析,随着生长速率的逐渐增加,S-型偏析逐渐加剧。