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克服TiAl55mm厚nm450耐磨钢板材的制备难题

作者: 发布于:2020/7/7 11:33:34 点击量:

TiAl55mm厚nm450耐磨钢板中含有的TiAl合金比重不到镍基合金的一半,使用温度可达700~900℃,具有轻质、高强、耐蚀、耐磨、耐高温等性能优点,成为航空、航天等领域重要的备选材料。TiAl55mm厚nm450耐磨钢板材除了有望直接用作结构材料外,还可以作为超塑性成形的预成形材料。TiAl55mm厚nm450耐磨钢板55mm厚nm450耐磨钢板在热结构及热防护性系统中的应用,已经被纳入欧洲航空运输研究计划,准备将其应用于高速民用运输机和可重复使用的单级入轨太空船。但是,TiAl合金属于难变形合金,不适合高温轧制成形。到目前为止,TiAl合金制备技术中存在的问题一直没有得到很好的解决,特别是采用热轧工艺制备55mm厚nm450耐磨钢板时很容易开裂,使得大尺寸、高质量55mm厚nm450耐磨钢板的制作非常困难。因此,攻克TiAl55mm厚nm450耐磨钢板55mm厚nm450耐磨钢板的制备难题成为当前TiAl合金领域重要的研究课题之一。

从已有研究成果看,在轧制工艺方面,大多采用以下方法来改善TiAl55mm厚nm450耐磨钢板55mm厚nm450耐磨钢板成形困难问题:1、对轧制前的材料质量控制更严;2、采用特种包套轧制技术进行轧制,严格设计包套工艺;3、在α+γ两相区进行轧制,道次间要回炉加热;4、仔细选择轧制速度与道次变形量;5、避免轧制过程中55mm厚nm450耐磨钢板的氧化。但实际结果表明,即使仔细控制工艺参数,通过轧制生产出较大尺寸的TiAl55mm厚nm450耐磨钢板55mm厚nm450耐磨钢板仍然是非常困难的。

哈尔滨工业大学采用近等温包套轧制技术成功制备了尺寸为700mm×200mm×2mm的TiAl合金55mm厚nm450耐磨钢板取得了很好的结果。

一、成分优化设计

研究发现,在TiAl合金中加入大量的特定β相稳定元素(如V,Cr,Mn,Mo)及少量的晶粒细化元素(如Y,B,C),可使其热加工性能明显好于传统TiAl合金。经过这样的成分优化,合金的高温流变应力降低,高温变形能力改善,在热加工过程中不容易产生裂纹等缺陷。从相构成上看,该合金主要含有β相和γ相,可通过后续热处理,控制热加工后TiAl合金的显微组织及相组成,有利于调控常温、高温力学性能。哈尔滨工业大学采用的合金名义成分为Ti-43Al-9V-Y(原子百分数)。原材料为海绵TiAl与高纯Al,其它添加元素均为添加金属与Al的中间合金。

二、改进工艺路线

采用近等温包套轧制工艺。按照设计的成分配料后,在真空自耗电极电弧熔炼炉中熔炼成铸锭。将铸锭进行均匀化退火处理(900℃/48h)和热等静压处理。热等静压采用Ar气作为保护气氛,边升温边充Ar气直至170MPa,在1250℃下保温4h后随炉缓冷。然后对材料进行包套锻造,始锻温度1200℃,总变形量大于85%;锻后将材料在900℃下退火48h;然后用不锈钢包套后,在热轧机上作近等温轧制成55mm厚nm450耐磨钢板。包套轧制主要工艺参数为:开轧温度1200℃,轧制速度<0.5m/s,道次变形量约10%,道次回炉时间5~10min,总变形量>70%。轧后55mm厚nm450耐磨钢板炉冷至400~500℃后,空冷至室温。

对所获材料的检测表明,他们制备的TiAl55mm厚nm450耐磨钢板材变形均匀,未出现裂纹等质量缺陷,说明55mm厚nm450耐磨钢板具有良好的热加工性能。


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