摘要
TiAl合金作为一种综合力学性能优异的轻质高温结构材料，有希望部分取代密度较大的Ni基高温合金，应用于发动机的高温结构部件，应用前景广阔。但传统TiAl合金成型困难的问题一直限制其工程应用，尤其是国内关于beta-gammaTiAl合金热加工的研究报道很少。本文以Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B(TNM)合金为原料，进行挤压处理，再对挤压之后的棒材进行热处理来分析合金在长时保温下的组织演变，并利用热压缩模拟实验分析合金热变形行为，旨在为后续挤压态TNM合金的等温锻造进行理论指导。 分析了棒材芯部和边缘区域组织的差异，边缘区域较薄为450μm左右，芯部区域为近层片组织，层片团尺寸在100μm~200μm之间，边缘区域为双态组织，γ晶粒尺寸约为5μm，层片团的尺寸大约为10~20μm。 分析了挤压态TNM合金中γ相存在两种不同的形式，一种是受挤压变形后长条形γ相，一种是边界处块状的γ相，块状γ相又有再结晶形成的尺寸较大的γ相和从β0中析出的细小粒状γ相两种形式。 分析了热处理之后组织的演变，在两相区热处理时，α2/γ层片团周围块状γ相消失，层片含量增多，随着温度的升高和保温时间的增加，层片团尺寸增大，β0相含量增多。在三相区进行热处理时，合金组织为近层片组织，随着温度的升高和保温时间的增长，层片团尺寸变化不明显，层片团周围的块状γ相含量增多，体积增大，β0相含量减少。在空冷时，合金中出现(α2+γ)针状魏氏组织，且在三相区热处理后层片团边界发生α2+γ→α2+γ+β0，生成网状结构，随着热处理温度的升高以及保温时间的增长，网状结构含量增多；在两相区热处理后，会在β0相中析出透镜状γ相。 分析了挤压态及热处理后TNM合金的力学性能，挤压后合金抗拉强度和延伸率较铸态有明显的提高，达1GPa以上；高温下的抗拉强度和延伸率较传统TiAl合金有明显提升，脆韧转变温度也有明显下降，具有良好的高温塑性。热处理后，β/β0相以及γ相硬度变化不大，α2/γ层片团的硬度随着γ相含量增多以及层片的粗化而减小；两种热处理后的高温抗拉强度及屈服强度都有提升，但脆韧转变温度提高。 分析了挤压态TNM合金的热变形行为，宏观上看，热压缩试样大部分呈椭圆形。挤压态TNM合金的热激活能为419.7387kJ/mol。根据热加工图，合金失稳区在1100~1150℃+0.05~0.1s-1范围内。随着变形温度的上升，β/β0相含量减少；在1100℃/1150℃下，合金主要以γ相动态再结晶为主，在1200℃/1250℃下，合金主要以α相、β相动态再结晶为主。在1150℃下，随着应变速率的降低，γ相的动态再结晶越充分。根据热加工图和变形组织分析，挤压态TNM合金最佳热变形条件为1150~1200℃+0.01~0.05s-1。
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