项目名称:轻质高温TiAl金属间化合物合金及其制备加工的科68627.docx
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《项目名称:轻质高温TiAl金属间化合物合金及其制备加工的科68627.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《项目名称:轻质高温TiAl金属间化合物合金及其制备加工的科68627.docx(40页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、项目名称:轻质高温TTiAll金属间间化合物物合金及及其制备备加工的的科学技技术基础础首席科学家家:林均品 北北京科技技大学起止年限:2011.1至220155.8依托部门:教育部二、预期目目标1总体目标标:获得新型轻轻质高温温TiAAl合金金及其制制备与加加工技术术基础,促促进其产产业化和和应用,满满足国家家经济和和社会发发展对轻轻质高温温材料的的重大需需求。即即采用低低密度的的新型高高温材料料替代现现有的高高温合金金,以降降低重量量;另一一方面采采用新型型轻质高高温材料料可以大大幅度降降低燃料料消耗。发发展新型型轻质高高温材料料可以大大幅度提提升我国国民用工工业和航航空航天天等工业业的水平
2、平,有效效减少能能源消耗耗、实现现社会可可持续发发展。在高温TiiAl合合金设计计理论基基础及强强韧化机机制、高高温TiiAl合合金凝固固过程组组织及缺缺陷的调调控机制制、高温温TiAAl合金金粉末冶冶金制备备过程的的流变塑塑变理论论、针对对金属间间化合物物特性建建立性能能表征方方法和评评价体系系研究上上获得突突破。在此基础上上,发展展和形成成高温TTiAll合金材材料制备备与成形形加工整整套技术术的科学学基础,主主要包括括:高温温TiAAl合金金不同使使用条件件下材料料成分和和组织优优化,高高洁净度度铸锭的的制备新新熔炼技技术基础础、铸锭锭的热加加工新技技术、部部件熔模模精密铸铸造特殊殊技术
3、、冷冷坩埚定定向凝固固新技术术、高性性能粉末末冶金板板材的新新技术。同同时制备备出各种种全尺寸寸样件,为为进一步步向部件件性能测测试试验验发展打打下基础础。以铸造叶片片为重点点,突破破从小试试样到批批量生产产的瓶颈颈关键技技术基础础。针对铸造、热热变形和和粉末冶冶金三类类加工技技术发展展的高温温TiAAl合金金的材料料成分范范围为:Ti-(444-446)AAl - (66-9)NNb-(00 -22.5)WW, BB, YY, MMn (这这些元素素都是微微量元素素,只有有Mn可可高到22.5)对于铸造合合金:NNb 含含量取低低限,添添加B(稍稍高含量量)、YY 和MMn等;对于变形合合金
4、:NNb 含含量取中中间值,添添加W、BB(较低低含量)、YY等;对于粉末冶冶金板材材:Nbb 含量量取高限限,添加加W、YY,Mnn等。高温TiAAl合金金使用温温度达到到9000 ,9000 的的抗氧化化性按航航标达到到抗氧化化级,对于三种典典型部件件:铸造叶片样样件: 尺寸为为长3550-4400mmm、宽宽50-70mmm900 强度达达到4550 MMPa,室室温拉伸伸塑性11-2%;锻件: 尺尺寸为直直径4000-6600mmm、厚厚50-1000mm900 强度达达到4000 MMPa,室室温拉伸伸塑性大大于2%;粉末板材:宽度4400-5000mm、厚厚1-22mm;900 强
5、度达达到4000 MMPa,室室温拉伸伸塑性22-3%。研究成果将将发表高高水平学学术论文文2000篇以上上,申请请国家发发明专利利20项项以上,国国家和省省部级科科技成果果奖3项项以上;培养优优秀青年年科技人人才155人以上上,造就就一支高高水平的的具有创创新与攻攻坚能力力的研究究队伍,形形成优秀秀创新群群体;建建设本领领域高水水平的基基础研究究和技术术创新基基地。2五年预期期目标:通过系统深深入的研研究,构构建高温温TiAAl金属属间化合合物材料料理论和和制备加加工理论论基础,在在精密铸铸造等形形成关键键示范技技术,实实现总体体预期目目标。具具体内容容包括:(1)高温温TiAAl合金金成分
6、-组织-性能设设计和优优化原理理揭示针对高高温下使使用和具具体制备备加工技技术的、多多组元高高温TiiAl合合金的相相关系和和强韧化化机制,获获得高温温TiAAl合金金设计和和优化原原理。揭示高温温TiAAl合金金多相有有序结构构的动态态回复和和动态再再结晶规规律。(2)高洁洁净度、均均质大尺尺寸TiiAl合合金铸锭锭的熔炼炼和加工工科学基基础 建建立等离离子冷床床熔炼高高温TiiAl合合金的均均质化和和纯洁度度控制方方法,揭揭示熔炼炼工艺路路线和工工艺参数数对铸锭锭夹杂物物去除效效果及成成分组织织均匀性性的影响响规律。探探索出适适合高温温TiAAl合金金型材的的均质、纯纯净的大大尺寸铸铸锭制
7、备备技术;通过高高温TiiAl合合金包套套挤压结结合等温温锻造工工艺细化化和均匀匀化组织织,通过过增加高高温相相提高热热变形能能力,从从而研制制出组织织均匀细细小的大大尺寸挤挤压棒材材、锻造造饼材、板板材。(3)高温温TiAAl合金金熔模铸铸造关键键科学技技术基础础通过Nb、AAl含量量控制避避免包晶晶相变以以减少偏偏析和细细化组织织;揭示示高温TiiAl合合金在多多场作用用下铸造造充型特特性、壁壁厚效应应以及熔熔体与型型壳反应应形成表表面硬化化层的规规律,形形成细晶晶铸造并并有利于于减少糊糊状区的的变质处处理及流流场控制制技术,建建立以铸铸造为成成形工艺艺路线的的高温TiiAl合合金优化化设
8、计基基础,掌掌握铸件件冶金质质量及表表面硬化化层的控控制方法法。(4)高温温TiAAl合金金冷坩埚埚定向凝凝固新技技术基础础开发出冷坩坩埚定向向凝固高高温TiiAl合合金大尺尺度坯锭锭的成分分优化与与冶金行行为控制制技术,阐阐明合金金定向凝凝固坯锭锭的凝固固组织演演化规律律;建立立高温TTiAll合金定定向凝固固坯锭的的凝固组组织及凝凝固缺陷陷的演化化模型;揭示定定向凝固固合金的的力学性性能与定定向组织织状态的的相关性性,建立立高温TTiAll合金典典型构件件的定向向凝固成成形的理理论基础础。(5)高温温TiAAl合金金板材的的粉末冶冶金及轧轧制新技技术基础础研究通过添加相稳定定元素和和高Nb
9、b合金化化制备出出的含高高比例相的高高温TiiAl合合金粉末末,促进进其后续续轧制的的热变形形能力,保保证大变变形量大大尺寸板板材的制制备;建建立粉末末冶金合合金致密密化过程程微缺陷陷形成和和控制理理论,在在应力场场、温度度场、速速度场及及外在约约束等多多场耦合合作用下下,板材材轧制过过程中的的精确变变形流动动理论。建建立从合合金粉末末-热等等静压致致密化-热机械械处理-包套轧轧制制备备大尺寸寸TiAAl合金金板材的的完整的的技术原原型。(6)高温温TiAAl金属属间化合合物材料料使用性性能表征征和评价价确立高温TTiAll合金安安全服役役条件下下的力学学性能控控制参量量和应用用阈值范范围,揭
10、揭示组织织类型和和微观缺缺陷对合合金裂纹纹萌生和和扩展的的影响规规律,揭揭示合金金损伤容容限性能能与微观观组织的的关系,建建立具有有工程应应用价值值的寿命命评估方方法和损损伤容限限参量设设计准则则,促进进合金在在航空、航航天及其其他领域域的工程程化应用用。三、研究方方案1学术思路路: 本本项目在在具有国国际领先先水平和和自主知知识产权权的高NNb-TTiAll合金的的成分-组织-性能关关系研究究成果的的基础上上,发展展针对航航空航天天发动机机应用的的高性能能高温TTiAll合金及及其制备备加工技技术。研研究材料料集中在在一类合合金上,避避免了研研究目标标的分散散。通过研究高高温TiiAl合合金
11、成分分-组织织-性能能关系和和设计理理论基础础,主要要包括合合金元素素NbAl上上下限、微微合金化化元素的的添加原原则,为为不同的的制备和和加工技技术提供供优化的的合金成成分和组组织设计计原则;强韧化化机制的的建立,为为基本保保持强度度指标的的前提下下,提升升高温TTiAll合金的的室温塑塑性和韧韧性打下下基础。通过研究高高温TiiAl合合金熔炼炼和凝固固过程的的热力学学与动力力学理论论,解决决合金高高洁净度度熔炼的的成分组组织均匀匀性、精精密铸造造过程合合金熔体体充型及及铸造组组织和缺缺陷控制制和定向向凝固过过程中的的取向控控制提供供理论基基础。通过高温TTiAll合金多多相有序序结构动动态
12、复原原机制、热热变形本本构关系系数学模模型和热热变形抗抗力图的的研究,为为变形合合金的热热挤压、等等温锻造造、轧制制技术研研究提供供理论基基础,解解决高温温TiAAl合金金热加工工关键技技术。 通过高温TTiAll合金粉粉末冶金金制备过过程的流流变塑变变理论的的研究、揭揭示粉末末冶金合合金制备备过程中中的缺陷陷形成和和控制原原理,以以及对热热加工行行为的影影响,为为粉末冶冶金高温温TiAAl合金金轧制技技术提供供保障。针对金属间间化合物物特性建建立高温温TiAAl合金金性能表表征方法法和评价价体系,对对于整个个课题涉涉及的制制备加工工技术提提供的合合金性能能评估分分析方法法和标准准,确保保建立
13、统统一的性性能数据据库,为为高温TTiAll合金应应用设计计准则的的建立提提供数据据支撑。整个项目的的研究围围绕三个个关键科科学问题题,研究究内容相相互联系系紧密,研研究体系系完整,有有利于解解决关键键技术,发发展和形形成高温温TiAAl合金金制备与与成形加加工的技技术原型型。由于于高温TTiAll合金比比普通TTiAll合金的的制备与与成形加加工难度度大,因因此制备备与成形形加工的的技术原原型也基基本适合合普通TTiAll合金。 2技术途径径:具体技术路路线见图图1 所所示。合合金材料料体系的的发展重重点采用用高Nbb合金化化提高高高温条件件下使用用温度和和抗氧化化性,NNb和YY交互作作用
14、提高高长期高高温抗氧氧化性;精密铸铸造合金金的成分分设计拟拟适度降降低Nbb含量,以以减低成成分偏析析,添加加Mn等等提高铸铸造性能能和提高高室温塑塑性,添添加B和和Y细化化组织;粉末板板材的合合金设计计适度提提高Nbb含量,满满足航天天高马赫赫数飞行行的恶劣劣环境,提提高使用用温度和和抗氧化化性。拟采用等离离子冷床床熔炼技技术结合合真空自自耗熔炼炼达到均均质化和和高纯洁洁度冶炼炼,突破破适合高高温TiiAl合合金型材材的均质质、纯净净、大尺尺寸铸锭锭制备。通过熔体与与型壳反反应形成成表面硬硬化层的的规律探探索型壳壳材料的的选择和和优化;采用计计算模拟拟和试验验研究结结合,解解决多场场耦合作作
15、用下高高温TiiAl合合金精密密铸造过过程充型型问题;将控制制液固相相变路径径得到相凝固固过程与与变质处处理相结结合,降降低偏析析和细化化铸态组组织,以以提高综综合力学学性能。电磁冷坩埚埚定向凝凝固技术术将合金金连续熔熔化、电电磁约束束成形和和连续凝凝固过程程统一制制备高纯纯净高温温TiAAl合金金,避免免了常规规定向凝凝固造成成的型壳壳反应和和污染,揭揭示多外外场耦合合作用下下冷坩埚埚定向凝凝固过程程控制机机理。通过增加相提高高高温TTiAll合金热热变形能能力、利利用热挤挤压工艺艺结合等等温锻造造的热加加工工艺艺,加大大首次变变形量,以以达到细细化铸态态组织、提提高变形形高温TTiAll合
16、金综综合力学学性能的的目的。拟采用添加加相稳稳定元素素和高NNb合金金化制备备出的含含高比例例相的的预合金金粉末为为原料,促促进后续续热变形形能力,通通过热等等静压,热热机械处处理和包包套轧制制制备大大尺寸高高性能高高温TiiAl合合金板材材。控制制氧、氮氮及其它它杂质的的含量,完完全消除除微孔和和微偏析析等缺陷陷。针对高温TTiAll金属间间化合物物建立安安全服役役条件下下的力学学性能控控制参量量和应用用阈值范范围,建建立具有有工程应应用价值值的损伤伤容限参参量设计计准则,为为合金在在航空、航航天及其其他领域域的工程程化应用用提供有有力的技技术支持持。高温TiAl成分组织设计熔炼和铸造 热塑
17、性变形粉末冶金 冷坩锅定向凝固 冷坩锅感应熔炼 等离子熔炼 凝固过程数值模拟 细化晶粒 预合金粉组织和相选择规律全致密化等温锻造挤压模壳制备 板材轧制 包套轧制成形晶体生长择优取向 薄壁铸件 超塑成形 超塑成形 成分组织、缺陷分析及控制 性能表征与评价方法 合金制备与加工的关键技术基础图1 项目目的具体体技术路路线3创新点与与特色:把具有原始始创新的的高温TTiAll合金开开拓性研研究工作作推向解解决针对对我国航航空航天天重大工工程需求求的应用用基础研研究;把我国航空空航天发发动机用用高温结结构材料料系列,高高温Tii合金Ni基基高温合合金,发发展成为为:高温温Ti合合金高温TTiAll合金N
18、i基基高温合合金,成成为发动动机减重重新途径径。特色是在解解决高温温TiAAl合金金的发展展上提出出了高NNb合金金化的创创造性思思想,通通过高NNb合金金化大幅幅度提高高TiAAl合金金的高温温力学性性能和高高温抗氧氧化性,达达到提升升航空航航天发动动机使用用温度的的目标。高高Nb合合金化引引领了国国内外TTiAll合金的的发展方方向,具具有我国国的原创创性。另另一方面面,从解解决共性性理论出出发,强强调围绕绕成分组组织设计计熔炼炼凝固固铸造造粉末末冶金-变形等等较全面面的精密密热成形形技术进进行研究究,各个个课题间间相互有有机结合合,形成成互相关关联的整整体。主要创新点点如下:(1) 高N
19、b合金金化通过过连续有有序化,显显著提高高了合金金熔点;高Nbb合金化化通过改改变表面面氧化层层结构、提提高All2O3比例等等因素极极大提高高了TiiAl合合金的高高温抗氧氧化性,与与镍基高高温合金金相当;(2) 通过高Nbb合金化化和适量量其它相稳定定元素,达达到扩大大相相相区,把把液相和和相的的包晶相相变区推推向高AAl方向向移动;调控AAl含量量有利于于得到高高温TiiAl合合金相相凝固过过程,达达到提高高熔点和和细化组组织的目目的;(3) 通过等离子子冷床熔熔炼技术术实现高高温TiiAl合合金的均均质化和和高纯洁洁度冶炼炼,突破破适合高高温TiiAl合合金型材材的均质质、纯净净、大尺
20、尺寸铸锭锭制备及及热加工工技术;(4) 综合高温TTiAll合金在在多场作作用下的的铸造充充型特性性、壁厚厚效应以以及熔体体与型壳壳反应形形成表面面硬化层层的规律律,研究究可有效效提高其其铸件冶冶金质量量、抑制制表面硬硬化层生生成的技技术基础础;将高高温TiiAl合合金成分分对液固固界面生生长以及及液固相相变路径径选择的的作用与与变质处处理相结结合,建建立以铸铸造为成成形工艺艺路线的的高温TTiAll合金优优化设计计基础;(5) 以冷坩埚定定向凝固固新技术术制备高高纯净高高温TiiAl合合金,避避免了常常规定向向凝固造造成的型型壳反应应和污染染,揭示示多外场场耦合作作用下冷冷坩埚定定向凝固固过
21、程控控制机理理;(6) 采用预合金金粉末包包套轧制制途径,制制备大尺尺寸高性性能高温温TiAAl合金金板材;通过添添加相相稳定元元素和高高Nb合合金化制制备出含含高比例例相的的高温TTiAll合金粉粉末,促促进其后后续轧制制的热变变形能力力;(7) 确立高温TTiAll合金安安全服役役条件下下的力学学性能控控制参量量和应用用阈值范范围,建建立具有有工程应应用价值值的损伤伤容限参参量设计计准则,为为合金在在航空、航航天及其其他领域域的工程程化应用用提供有有力的技技术支持持。4取得重大大突破的的可行性性分析:研究工作基基础本项目围绕绕一种具具有国际际领先水水平、有有我国自自主知识识产权的的高温TT
22、iAll合金展展开,目目标集中中,避免免了研究究目标过过于分散散造成研研究工作作缺乏深深度。已已经完成成了高NNb-TTiAll合金基基础成分分-组织织-性能能关系和和实验室室级别的的制备加加工技术术研究,为为本项目目的顺利利进行打打下了良良好的基基础。 通通过围绕绕本项目目提出的的三个关关键科学学问题的的突破,解解决高温温TiAAl合金金制备与与成形加加工的关关键技术术,发展展和形成成高温TTiAll合金制制备与成成形加工工的技术术原型。这这些都是是国内外外TiAAl合金金制备、成成形与加加工领域域的研究究热点及及前沿,符符合国家家中长期期科技发发展规划划纲要的的重点支支持方向向,符合合国家
23、保保护环境境、节能能降耗的的可持续续发展方方针。国内在金属属间化合合物合金金的研究究与应用用也己取取得了许许多突破破性进展展,ICC10合合金己在在某型航航空发动动机取得得应用,TTAC-2在某某型主战战坦克发发动机上上通过寿寿命考核核,TiiAl合合金板材材也列入入航天科科技工程程首批试试验材料料。针对对更高推推重比112 -15、大大型飞机机和高马马赫数飞飞行器需需求的高高温TiiAl合合金已有有开创性性材料开开发成果果,在大大量的合合金制备备、加工工技术实实践中充充分暴露露了问题题,且对对这些问问题有了了基本的的认识。 本项目结合合了国内内TiAAl 合合金制备备和加工工领域优优势单位位
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 项目 名称 高温 TiAl 金属 化合物 合金 及其 制备 加工 68627
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内