Ti-22Al-25Nb合金B2相在α2+B2相区长大行为的研究

Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金通常在 α２ ＋Ｂ２两相区进行加 热锻造，而在锻造前的加热和保温过程中，Ｂ２相晶 粒会以晶界迁移的方式长大［９］。根据 ＨａｌｌＰｅｔｃｈ公 式以及细晶强化理论，我们知道 Ｂ２相晶粒尺寸对材 料的力学性能有着重要影响。因此，为了更好地控 制 Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金热加工后的组织形态，获得良 好的综合力学性能，以满足工程化应用的要求，迫 切需要系统地研究 Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金 Ｂ２相晶粒在 α２＋Ｂ２两相区的长大行为，为 Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金工 程化应用生产工艺的制定提供可靠依据。
ＳｔｕｄｙｏｎＢ２ＧｒａｉｎＧｒｏｗｔｈＢｅｈａｖｉｏｒｉｎα２ ＋Ｂ２ＰｈａｓｅｏｆＴｉ２２Ａｌ２５ＮｂＡｌｌｏｙ
ＤｏｎｇＺｈｉｇｕｏ１，ＺｈｅｎｇＹｏｕｐｉｎｇ２，ＺｅｎｇＷｅｉｄｏｎｇ２，ＸｕｅＣｈｅｎ２，ＬｉａｎｇＸｉａｏｂｏ３
（１．ＡＥＣＣＳｈｅｎｙａｎｇＥｎｇｉｎｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１５，Ｃｈｉｎａ） （２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
（３．ＣｅｎｔｒａｌＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＢ２ｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＴｉ２２Ａｌ２５Ｎｂａｌｌｏｙｉｎα２ ＋Ｂ２ｔｗｏｐｈａｓｅｒｅｇｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄ ｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＢ２ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅａｐｐｅａｒｓｌｉｎｅａｒｇｒｏｗｔｈ ｗｉｔｈ ｔｈｅｒｉｓｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｗｈｅｎＴｉ２２Ａｌ２５Ｎｂａｌｌｏｙｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄｉｎα２ ＋Ｂ２ｐｈａｓｅ．Ｉｔｉｓｂｅｃａｕｓｅｔｈｅα２ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｃａｎｐｉｎｔｈｅ Ｂ２ｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｉｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｎｄｉｎｈｉｂｉｔｔｈｅＢ２ｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅＢ２ｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｉｓｆａｓｔｆｉｒｓｔｌｙａｎｄ ｔｈｅｎｓｌｏｗ ｗｉｔｈｐｒｏｌｏｎｇｉｎｇｔｈｅｈｏｌｄｉｎｇｔｉｍｅ．Ａｔｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔ，Ｂ２ｇｒａｉｎｓａｒｅｇｅｎｅｒａｌｌｙｆｉｎｅ ａｎｄｈａｖｅｈｉｇｈｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｄｉｆｆｕｓｉｏｎｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎｈｉｇｈＢ２ｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｒａｔｅｓ．ＯｎｃｅｔｈｅＢ２ｇｒａｉｎｓ ｇｒｏｗｕｐ，ｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｔｏｇｒａｉｎｖｏｌｕｍｅａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅａｌｓｏｄｅｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅｎｔｈｅｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓａｓｗｅｌｌ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂａｌｌｏｙ；ｇｒａｉｎｇｒｏｗｔｈｂｅｈａｖｉｏｒ；ｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｐｉｎｎｉｎｇ；ａｃｔｉｖａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙ
（３．钢铁研究总院，北京 １０００８１）
摘 要：研究了 Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金在 α２＋Ｂ２两相区不同加热温度和不同保温时间下，Ｂ２相晶粒的长大行为。结果表 明，Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金在 α２＋Ｂ２两相区加热时，基体 Ｂ２相的晶粒尺寸随着加热温度的升高而增大，α２ 相颗粒对 Ｂ２ 相晶界迁移具有钉扎和阻碍作用，从而抑制了 Ｂ２相基体晶粒的长大；随着保温时间的延长，基体 Ｂ２相晶粒尺寸长 大速度呈现先快后慢的规律，这主要是由于当加热时间较短时，Ｂ２相晶粒尺寸较小，晶界扩散的驱动力较大，晶粒 长大速度快，而随着加热时间的延长，Ｂ２相晶粒尺寸不断增大，晶界迁移驱动力减小，晶粒长大速度放缓。 关键词：Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金；晶粒长大；晶界钉扎；激活能 中图分类号：ＴＧ１４６２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９９９６４（２０１８）０２０１３０４
０ 引 言
Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金具有质轻、高温强度高、抗氧化 性能优良等优点，是航空发动机高温零部件的首选 材料之一［１－２］。钢铁研究总院研制的 Ｔｉ２ＡｌＮｂ基合金
收稿日期：２０１７－１１－２０ 基金项目：凝固技术国家重点实验室自主研究课题资助（１５３
ＺＨ２０１６） 通信作者：董志国（１９７７—），男，高级工程师。
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３５卷
年代后期至今，陆续出现了一些描述晶粒长大的新 的理论模型，如 Ｋｏｐｐ等人［６］建立了低碳钢二维镦粗 过程中 晶 粒 尺 寸 和 再 结 晶 体 积 分 数 的 经 验 公 式； Ｓｈｅｎ等人［７］对 ＧＨ８６４高温合金二维镦粗过程进行了 数值模拟，预测了饼坯的晶粒尺寸和再结晶体积分 数；Ｓａｔｉｏ［８］在热 力 学、 经 典 形 核 以 及 核 长 大 理 论 的 基础上，建立了结构钢的组织演变模型。
第 ３５卷 第 ２期 ２０１８年 ４月
Ｖｏｌ３５ Ｎｏ２ Ａｐｒｉｌ ２０１８
Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金 Ｂ２相在 α２＋Ｂ２相区长大行为的研究
董志国１，郑友平２，曾卫东２，薛 晨２，梁晓波３
（１．中国航发沈阳发动机研究所，辽宁 沈阳 １１００１５） （２．西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，陕西 西安 ７１００７２）
系的 Ｔｉ２２Ａｌ２５Ｎｂ合金具有优异的综合性能，成为 目前国内钛合金领域研究的热点。
金属材料的晶粒长大一直是国内外材料研究工 作者研究的热点。早期研究，主要是以 ＳｍｉБайду номын сангаасｈ等人 为代表的针对晶粒长大过程中组织形态特征的研究。 从 ２０世纪 ６０年代开始，以 Ｚｅｎｅｒ和 Ｈｉｌｌｅｒｔ［３－４］为代 表的研究，逐渐从原子角度转移到从晶粒角度研究 晶粒长大过程。７０年代，Ｓｅｌｌａｒｓ等人［５］提出了用数 学模型来描述轧制及其冷却过程的组织特征，并建 立了晶粒尺寸和再结晶体积分数的半经验公式。８０