热处理对Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金组织及性能影响的研究
发布时间：2020-04-07 23:12
【摘要】：为了减少工业生产以及日常生活中的振动和噪音,高温高强高阻尼合金得到了越来越多的关注。固溶后的Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金具有低弹性模量,高强度,超弹性等优异性能,同时合金中的间隙氧原子和体心立方晶体结构使合金具有优异的Snoek阻尼性能。为了突破固溶处理对Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O钛合金使用温度范围的限制,本课题开展热处理对其组织和性能的影响规律研究。通过调控合金的固溶温度,固溶冷却速度,时效温度和时效时间来进行热处理制度调控。利用金相显微镜,X射线衍射仪,扫描电子显微镜,万能拉伸试验机,DMA等仪器研究合金的金相组织,力学性能,阻尼性能以及超弹性性能等。水冷的固溶态合金组织为初生α相和等轴β相,随固溶温度升高,初生α相逐渐减少,700℃以上固溶时,合金完全由β相组成,合金的强度下降,伸长率先降低后升高,合金的阻尼值先升高后下降,在700℃固溶的合金取得最好的阻尼性能。合金在700℃固溶时,在油冷和空冷时有α″相生成;随冷却速度的下降,合金的强度和断后伸长率降低,弹性模量上升,阻尼值下降。固溶处理只对合金的阻尼峰值有影响,并不会影响合金的峰温和弛豫激活能。Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金的激活能约为1.5 eV。经固溶后的合金在400℃时效组织为针状的次生α相和β基体相,在440℃及以上温度进行时效,可以生成较明显的板条状α相。经单相区固溶的合金随时效温度升高,强度先上升后下降,断后伸长率上升,阻尼值下降。随时效时间的延长,合金在时效8 h后出现了晶界α相以及ω相;合金的强度下降,断后伸长率先升高后降低,合金的阻尼值降低,峰温与弛豫激活能并未发生明显变化。时效态合金的阻尼值比固溶态合金的阻尼值低,且峰温略有降低,阻尼性能变差。随固溶温度的升高,合金的超弹性回复应变呈现先增大后减小的趋势,700℃固溶的合金具有较好的超弹性。随时效时间的增长,合金的超弹性回复应变呈现先增大后减小的趋势,经4h时效的合金具有较好的超弹性。钛合金中的等轴初生α相和板条次生α相都会阻碍应力诱发马氏体的发生,对合金的超弹性产生不利影响,其中初生α相容易发生屈服而导致合金的回复应变极差。稳定性高的β相较难发生应力诱发马氏体转变,稳定性低的β相较容易发生应力诱发马氏体变形,呈现出较好的超弹性。Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金在700℃固溶后水冷于440℃时效2h具有最好综合性能,在较高温度下具有良好的热稳定性。
【图文】：
图 1.1 钛合金分类的三维相图[7]金中的添加元素一般为 Mo、Cr、Ta 等合金元素，与 相稳定元素金的 β 转变温度降低，扩大合金 β 相区，因而此类元素被称为钛合金 β素达到一定含量以后，合金在冷却过程中将不发生同素异构转变，高稳型 β 钛合金由于强度高，淬透性好，塑韧性好，低弹性模量等优异天，生物医用领域，其室温组织一般为稳定的 β 相，但也有部分合金含合金的 β 相稳定元素进一步增多，因其优异的耐蚀性而被应用为化工火后全部为稳定的 β 相组织钛合金中的退火组织为 +β 双相组织，其中 β 相的体积分数一般在金是当前应用最广泛的 +β 钛合金，该类型钛合金既含有 也含有状态的双相组织，因其优异的综合性能，兼具良好的加工性能，普遍器械上。但由于 Ti-6Al-4V 合金中的 Al、V 元素具有生物毒性，该合受到限制。其他 +β 型钛合金如 TC17 等同样具有较高的强度，因此。
合金的阻尼性能会随使用时间的增长而降低。ek 型高阻尼合金 在研究 Fe-C（ ）合金时发现，发现合金的晶型为体心立方结构，其合金八面体间隙的 C 原子会发生跃迁而移动到另外的相邻的八面体间过程中减弱了外界的振动，产生了内耗，发生了阻尼效应。随后学者的体心立方结构合金中也发现了相似的现象，因此将具有相同现象的弛弛豫效应[38]。如上文所述，目前常见的位错型、孪晶型、铁磁型、复过程中由于其发生了不可逆的转变，因此普遍存在使用寿命短、受环定的现象。而 Snoek 型高阻尼合金则属于点缺陷阻尼合金。点缺陷是陷的运动是可逆的，并不会破坏合金的组织和性能，但能有效地产生示是体心立方金属位于八面体间隙的间隙原子在不同位置所造成的晶通常使用偶极子形状因子 来表示[40]。当合金受到外加应力作用时，子会发生扩散和跃迁，，间隙原子在扩散和跃迁时消耗的能量即为耗散能 弛豫过程，如图 1.3 所示[41]。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23;TG166.5
【图文】：
图 1.1 钛合金分类的三维相图[7]金中的添加元素一般为 Mo、Cr、Ta 等合金元素，与 相稳定元素金的 β 转变温度降低，扩大合金 β 相区，因而此类元素被称为钛合金 β素达到一定含量以后，合金在冷却过程中将不发生同素异构转变，高稳型 β 钛合金由于强度高，淬透性好，塑韧性好，低弹性模量等优异天，生物医用领域，其室温组织一般为稳定的 β 相，但也有部分合金含合金的 β 相稳定元素进一步增多，因其优异的耐蚀性而被应用为化工火后全部为稳定的 β 相组织钛合金中的退火组织为 +β 双相组织，其中 β 相的体积分数一般在金是当前应用最广泛的 +β 钛合金，该类型钛合金既含有 也含有状态的双相组织，因其优异的综合性能，兼具良好的加工性能，普遍器械上。但由于 Ti-6Al-4V 合金中的 Al、V 元素具有生物毒性，该合受到限制。其他 +β 型钛合金如 TC17 等同样具有较高的强度，因此。
合金的阻尼性能会随使用时间的增长而降低。ek 型高阻尼合金 在研究 Fe-C（ ）合金时发现，发现合金的晶型为体心立方结构，其合金八面体间隙的 C 原子会发生跃迁而移动到另外的相邻的八面体间过程中减弱了外界的振动，产生了内耗，发生了阻尼效应。随后学者的体心立方结构合金中也发现了相似的现象，因此将具有相同现象的弛弛豫效应[38]。如上文所述，目前常见的位错型、孪晶型、铁磁型、复过程中由于其发生了不可逆的转变，因此普遍存在使用寿命短、受环定的现象。而 Snoek 型高阻尼合金则属于点缺陷阻尼合金。点缺陷是陷的运动是可逆的，并不会破坏合金的组织和性能，但能有效地产生示是体心立方金属位于八面体间隙的间隙原子在不同位置所造成的晶通常使用偶极子形状因子 来表示[40]。当合金受到外加应力作用时，子会发生扩散和跃迁，，间隙原子在扩散和跃迁时消耗的能量即为耗散能 弛豫过程，如图 1.3 所示[41]。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23;TG166.5
【参考文献】
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1 李明珠;蔡云;冯国明;;形变热处理对双相钛合金力学性能的影响[J];热加工工艺;2015年17期
2 贺小明;刘文烽;范建新;蔡
本文编号：2618514
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