鈦鋁合金氫致軋制改性及成形性能研究

Ti-Al合金密度低、高溫力學(xué)性能優(yōu)良，在航空航天工業(yè)中展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景。但其本征脆性、熱加工能力差嚴(yán)重限制了它的工程應(yīng)用，因此本項(xiàng)目基于置氫增塑機(jī)理，提出將熱氫加工技術(shù)應(yīng)用于鈦鋁合金板材軋制及成形過(guò)程中，以改善其塑韌性和加工性能。本項(xiàng)目研究了置氫Ti-Al合金的高溫變形行為，建立了置氫Ti-Al合金高溫變形本構(gòu)關(guān)系；提出了氫致擴(kuò)散層片分解機(jī)制和氫致相變層片分解機(jī)制，闡明了氫致動(dòng)態(tài)再結(jié)晶機(jī)制；研究了置氫Ti-Al合金鑄錠開(kāi)坯鍛造工藝，獲得了晶粒均勻細(xì)小的板坯，闡明了板坯初始組織及退火熱處理之間的關(guān)系；研究了板材軋制性能與氫含量、軋制參數(shù)（軋制溫度、道次變形量和總變形量）之間的關(guān)系，揭示了板材熱軋過(guò)程中的氫致改性機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，置氫可以降低Ti-Al合金鍛造溫度約50℃，氫致峰值應(yīng)力平均下降率約為25%，合金熱加工窗口增大，并可獲得細(xì)小均勻的組織。置氫后Ti2AlNb合金板材熱成形塑性提高約一倍，載荷降低最大達(dá)50%，成形性能提升明顯。因此，本項(xiàng)目的研究為熱氫加工技術(shù)在Ti-Al合金熱加工領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，為提高Ti-Al合金的塑韌性、改善其加工性能、推進(jìn)其實(shí)用化進(jìn)程提供一條新途徑，具有重要的理論和工程意義。

隨著航空航天材料向低密度和高使用溫度的方向發(fā)展，鈦鋁合金成為替代鎳基高溫合金的理想材料，板材的應(yīng)用是其實(shí)用化的一個(gè)突破口。針對(duì)鈦鋁合金塑性差、韌性低、熱加工困難，本項(xiàng)目基于置氫增塑機(jī)理，提出將熱氫加工技術(shù)（THP：置氫-熱加工-真空除氫）應(yīng)用于鈦鋁合金板材軋制及成形過(guò)程中，以改善其塑韌性和加工性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)其組織和性能的精確調(diào)控。主要研究：1）置氫鈦鋁合金高溫變形行為及開(kāi)坯鍛造工藝研究；2)氫對(duì)鈦鋁合金板材軋制及成形性能的影響規(guī)律；3)氫對(duì)鈦鋁合金組織結(jié)構(gòu)演變（相變、動(dòng)態(tài)回復(fù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和孿晶等）的影響規(guī)律及其機(jī)理分析；4)制定鈦鋁合金板材軋制的最佳氫含量及最佳成形工藝方案；5)建立鈦鋁合金板材氫含量與組織結(jié)構(gòu)和性能的相關(guān)性模型，實(shí)現(xiàn)板材組織和性能的精確調(diào)控。本項(xiàng)目的研究將為提高鈦鋁合金的塑韌性、改善其加工性能、推進(jìn)其實(shí)用化進(jìn)程提供一條新途徑，為熱氫加工技術(shù)的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

（1）焊縫金屬的化學(xué)成分焊縫金屬中C、S、P元素較多時(shí)，促使形成熱裂紋。錳在熔池中能與硫形成MnS進(jìn)入熔渣，可減少硫的有害作用，適量時(shí)可減少焊縫的裂紋傾向。

鋼中含銅量過(guò)多時(shí)，會(huì)增大焊縫裂紋傾向。

（2）焊縫橫截面形狀焊縫熔寬與厚度的比值越小，即熔寬較小、厚度較大時(shí)，容易產(chǎn)生裂紋。

（3）焊接應(yīng)力焊件剛性大，裝配和焊接時(shí)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，會(huì)促使形成裂紋。

由輕質(zhì)元素構(gòu)成的KSi合金是儲(chǔ)氫材料研究的熱點(diǎn)之一。KSi合金具有較高的儲(chǔ)氫容量，較低的吸/放氫溫度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有潛在的應(yīng)用前景。但合金存在合成困難和吸/放動(dòng)力學(xué)性能緩慢等問(wèn)題，制約了其發(fā)展和應(yīng)用。本項(xiàng)目通過(guò)高壓燒結(jié)輔以低壓自提純法實(shí)現(xiàn)高純KSi合金的制備，突破了KSi合金難以高純度制備的難點(diǎn)；通過(guò)KH替代K實(shí)現(xiàn)KSiH3的中低溫合成；表征了KSi合金的儲(chǔ)氫性能，獲得KSi合金吸放氫的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)；通過(guò)催化摻雜和構(gòu)建復(fù)合體系初步改善了KSi合金的儲(chǔ)氫性能；提出了AB3型超點(diǎn)陣儲(chǔ)氫合金的亞單元體積控制機(jī)制，有望用于指導(dǎo)新型超點(diǎn)陣儲(chǔ)氫合金的開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目執(zhí)行期間共發(fā)表標(biāo)注本項(xiàng)目基金號(hào)的 SCI 收錄論文14 篇，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利 3 項(xiàng)，獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)，培養(yǎng)碩士研究生3名，博士研究生1名。圓滿(mǎn)地完成了本項(xiàng)目規(guī)定的考核任務(wù)。 2100433B

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縮孔變形脫膠

皺褶流掛翹曲

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