基于数值模拟的粉末冶金TiAl 合金叶片模锻工艺研究

张强，李慧中, ，梁霄鹏, ，陶慧

(1. 中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083；2. 中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083；3. 中南大学 有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，长沙 410083)

TiAl 基合金具有密度低、比强度高、抗蠕变性能好、抗氧化性能优异等特性，是航空航天等领域极具研究价值和应用前景的新型高温结构材料的优秀候选之一[1-3]。叶片作为航空发动机最重要的零部件之一，其性能决定能量转化效率和航空发动机寿命。2006 年美国GE 公司将Ti-48Al-2Cr-2Nb 合金成功应用于GEnxTM发动机的低压涡轮叶片，开启了TiAl 合金叶片的商业化应用。截至目前，TiAl 合金叶片已应用于波音787 等客机，在节能、减排和降噪等方面取得显著成效[4]。TiAl 基合金锭坯的制备方法主要有铸锭冶金法和粉末冶金法等[5]。相比于铸锭冶金法，采用粉末冶金法制备的TiAl 锭坯成分均匀、组织细小，无明显的组织缺陷，具有良好的综合力学性能[6]。与铸造叶片相比，锻造叶片的性能显著提高，可适应更严苛的工作环境[7]。同时，锻造工艺由于具有材料利用率高、后续机加工工序少、流线分布合理等优点而成为主要的叶片加工手段之一[8]。

与镍基高温合金等传统叶片材料不同，TiAl 基合金的室温塑性和热加工性能较差[9-11]，热加工窗口狭窄[12]，TiAl 叶片通常在高温(1 050～1 250 ℃)和低应变速率(10-2～10-3s-1)下通过等温锻造获得[13]。但等温锻造对设备要求高且模具制作成本高，限制了TiAl合金的广泛应用。热模锻作为一种工艺简单，成本较低的热加工方式，广泛应用在镁合金[14]、钛合金[15]和铝合金[16]等的加工研究中。……