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金属学报  2014, Vol. 50 Issue (8): 955-961    DOI: 10.11900/0412.1961.2014.00055
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Ti-23Al-17Nb合金板材超塑性研究*
付明杰1(), 韩秀全1, 吴为1, 张建伟2
1 北京航空制造工程研究所金属成形技术研究室, 北京 100024
2 钢铁研究总院高温材料研究所, 北京 100081
SUPERPLASTICITY RESEARCH OF Ti-23Al-17Nb ALLOY SHEET
FU Mingjie1(), HAN Xiuquan1, WU Wei1, ZHANG Jianwei2
1 Metal Forming Technology Department, Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute, Beijing 100024
2 High Temperature Materials Research Department, Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081
引用本文:

付明杰, 韩秀全, 吴为, 张建伟. Ti-23Al-17Nb合金板材超塑性研究*[J]. 金属学报, 2014, 50(8): 955-961.
Mingjie FU, Xiuquan HAN, Wei WU, Jianwei ZHANG. SUPERPLASTICITY RESEARCH OF Ti-23Al-17Nb ALLOY SHEET[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(8): 955-961.

全文: PDF(7333 KB)   HTML
摘要: 

对Ti-23Al-17Nb合金在温度为940~1000 ℃, 恒应变速率为1.7×10-3~5.5×10-5 s-1下的单向超塑拉伸变形行为进行了研究. 结果表明, 随着变形温度的升高, 延伸率先增加后减小, 在960 ℃, 5.5×10-5 s-1条件下获得最大延伸率为1447.5%. 低应变速率条件下, Nb含量的增加使合金的加工硬化阶段增加. 超塑变形有利于消除原始织构组织, 对比原始组织, 超塑拉伸过程中长条α2相发生了球化, 并且其尺寸和含量随着温度升高逐渐减少, α2和B2相比例为50∶50时可达到最佳变形. 利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程建立了TAC-1B合金的峰值应力本构方程, 其变形激活能Q=390.76 kJ/mol, 为科学设计和有效控制Ti-23Al-17Nb合金的超塑成形工艺提供了理论依据.

关键词 Ti3Al合金超塑性显微组织本构方程    
Abstract

Superplastic forming is one of effective method to solve the forming difficulty of Ti3Al based alloy. In this work, the superplasticity of Ti-23Al-17Nb alloy sheet under the conditions of 940~1000 ℃ and 1.7×10-3~5.5×10-5 s-1 are studied. The results show the elongation changes as a parabola with the deformation temperature increasing, and the maximum elongation obtained at 960 ℃ and 5.5×10-5 s-1 is 1447.5%. Deformation hardening period increases much more than soften period due to the increasing of element Nb under low strain rate. Compared with primary microstructure, the superplastic deformation could eliminate the texture, the lath-like α2 grains gradually disappeared, the α2 grains became more equiaxed, and the content and size of α2 grains are decreasing with increasing of deformation temperature, the volume fraction of α2 and B2 phase could reach the optimum deformation at 50∶50. A constitutive relationship based on the Zener-Hollomn parameter and Arrhenius equation was defined for the TAC-1B alloy, and the deformation activation energy Q=390.76 kJ/mol. The results could provide a theory basis for the design and control of TAC-1B alloy superplastic forming process.

Key wordsTi3Al alloy    superplasticity    microstructure    constitutive equation
收稿日期: 2014-01-27     
ZTFLH:  TG146.4  
基金资助:*航空基金资助项目20121125001
作者简介: null

付明杰, 男, 蒙古族, 1981年生, 工程师, 博士

图1  拉伸试样尺寸示意图
图2  TAC-1B合金的超塑拉伸结果
图3  不同应变速率和变形温度的应力-应变曲线
图4  TAC-1B合金板材原始组织SEM像
图5  应变速率为3.3×10-4 s-1时不同温度下的纵截面微观组织
图6  应变速率为3.3×10-4 s-1时不同变形温度横截面微观组织
图7  960 ℃条件下不同应变速率的微观组织
图8  TAC-1B合金不同变形条件下的关系曲线
图9  TAC-1B合金不同变形条件下的关系曲线
图10  σp与Z参数的关系拟合曲线
[1] Zhang J W, Li S Q, Liang X B, Cheng Y J. Chin J Nonferrous Met, 2010; 20(spec 1): s336
[1] (张建伟, 李世琼, 梁晓波, 程云君. 中国有色金属学报, 2010; 20(特辑1): s336)
[2] Yang H S, Jin P, Mukherjee A K. Mater Sci Eng, 1992; A153: 457
[3] Pilling J, Ridley N, Islam M F. Mater Sci Eng, 1996; A205: 72
[4] Imayev R, Gabdullin N, Salishchev G. Intermetallics, 1997; 5: 229
[5] Fu H C, Huang J C, Wang T D, Bampton C C. Acta Mater, 1998; 46: 465
[6] Dutta A, Banerjee D. Scr Metall, 1990; 24: 1319
[7] Kim J H, Park C G, Ha T K, Chang Y W. Mater Sci Eng, 1999; A269: 197
[8] Liauo C S, Fu H C, Hsiao I C, Huang J C. Mater Sci Eng, 1999; A271: 275
[9] Bendersky L A, Boettinger W J, Roytburd A. Acta Metall Mater, 1991; 39: 1959
[10] Muraleedharan K, Nandy T K, Banerjee D, Lele S. Metall Trans, 1992; 23A: 401
[11] Baeslack ΙΙΙ W A, Broderick T. Sci Technol, 1995; 11: 150
[12] Wu Y T, Koo C H. Intermetallics, 1997; 5: 29
[13] Cheng Y J, Han J T, Zhang J W, Liang X B. Chin J Nonferrous Met, 2010; 20(spec 1): s216
[13] (程云君, 韩积亭, 张建伟, 梁晓波. 中国有色金属学报, 2010; 20(特辑1): s216)
[14] Zhang J W, Zhang H S, Zhang X C, Liang X B, Cheng Y J, Li S Q. Rare Met Mater Eng, 2010; 39: 372
[14] (张建伟, 张海深, 张学成, 梁晓波, 程云君, 李世琼. 稀有金属材料与工程, 2010; 39: 372)
[15] Jobart D, Blandin J J. Mater Sci Eng, 1996; A207: 170
[16] Zhang X M, Cao F Y, Yue H Y, Feng Y C, Guo E J, Kang F W. Rare Met Mater Eng, 2013; 42: 937
[16] (张雪敏, 曹福洋, 岳红彦, 冯义成, 郭二军, 康福伟. 稀有金属材料与工程, 2013; 42: 937)
[17] Zhao J G, Zhang S H, Cheng M, Song H W. Chin J Rare Met, 2009; 33: 153
[17] (赵建国, 张士宏, 程 明, 宋鸿武. 稀有金属, 2009; 33: 153)
[18] Fu M J, Jing Y J, Zhang J. Mater Eng, 2011; (5): 62
[18] (付明杰, 静永娟, 张 继. 材料工程, 2011; (5): 62)
[19] Wu Z G, Li D F. Chin J Nonferrous Met, 2010; 20: 1321
[19] (吾志岗, 李德富. 中国有色金属学报, 2010; 20: 1321)
[20] Guo H P, Zeng Y S, Li Z Q. Aeronaut Manuf Technol, 2009; (10): 64
[20] (郭和平, 曾元松, 李志强. 航空制造技术, 2009; (10): 64)
[1] 张雷雷, 陈晶阳, 汤鑫, 肖程波, 张明军, 杨卿. K439B铸造高温合金800℃长期时效组织与性能演变[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1253-1264.
[2] 卢楠楠, 郭以沫, 杨树林, 梁静静, 周亦胄, 孙晓峰, 李金国. 激光增材修复单晶高温合金的热裂纹形成机制[J]. 金属学报, 2023, 59(9): 1243-1252.
[3] 孙蓉蓉, 姚美意, 王皓瑜, 张文怀, 胡丽娟, 仇云龙, 林晓冬, 谢耀平, 杨健, 董建新, 成国光. Fe22Cr5Al3Mo-xY合金在模拟LOCA下的高温蒸汽氧化行为[J]. 金属学报, 2023, 59(7): 915-925.
[4] 吴东江, 刘德华, 张子傲, 张逸伦, 牛方勇, 马广义. 电弧增材制造2024铝合金的微观组织与力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(6): 767-776.
[5] 张东阳, 张钧, 李述军, 任德春, 马英杰, 杨锐. 热处理对选区激光熔化Ti55531合金多孔材料力学性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 647-656.
[6] 李殿中, 王培. 金属材料的组织定制[J]. 金属学报, 2023, 59(4): 447-456.
[7] 朱智浩, 陈志鹏, 刘田雨, 张爽, 董闯, 王清. 基于不同 α / β 团簇式比例的Ti-Al-V合金的铸态组织和力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1581-1589.
[8] 芮祥, 李艳芬, 张家榕, 王旗涛, 严伟, 单以银. 新型纳米复合强化9Cr-ODS钢的设计、组织与力学性能[J]. 金属学报, 2023, 59(12): 1590-1602.
[9] 葛进国, 卢照, 何思亮, 孙妍, 殷硕. 电弧熔丝增材制造2Cr13合金组织与性能各向异性行为[J]. 金属学报, 2023, 59(1): 157-168.
[10] 彭立明, 邓庆琛, 吴玉娟, 付彭怀, 刘子翼, 武千业, 陈凯, 丁文江. 镁合金选区激光熔化增材制造技术研究现状与展望[J]. 金属学报, 2023, 59(1): 31-54.
[11] 杨天野, 崔丽, 贺定勇, 黄晖. 选区激光熔化AlSi10Mg-Er-Zr合金微观组织及力学性能强化[J]. 金属学报, 2022, 58(9): 1108-1117.
[12] 李彦强, 赵九洲, 江鸿翔, 何杰. Pb-Al合金定向凝固组织形成过程[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1072-1082.
[13] 刘仁慈, 王鹏, 曹如心, 倪明杰, 刘冬, 崔玉友, 杨锐. 700℃热暴露对 β 凝固 γ-TiAl合金表面组织及形貌的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1003-1012.
[14] 张鑫, 崔博, 孙斌, 赵旭, 张欣, 刘庆锁, 董治中. Y元素对Cu-Al-Ni高温形状记忆合金性能的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(8): 1065-1071.
[15] 孙蓉蓉, 姚美意, 林晓冬, 张文怀, 仇云龙, 胡丽娟, 谢耀平, 杨健, 董建新, 成国光. 添加TiFe22Cr5Al3Mo合金在500℃过热蒸汽中腐蚀行为的影响[J]. 金属学报, 2022, 58(5): 610-622.