Ti40合金超高温氧化、燃烧行为研究

发布时间：2017-11-08 05:24

  本文关键词：Ti40合金超高温氧化、燃烧行为研究

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【摘要】：因具有优异的综合性能,钛合金广泛的应用于航空工业。但由于钛合金自身的特性,导致普通的钛合金在航空发动机应用环境下服役时,容易发生“钛火”,从而限制了其在先进航空发动机中的应用。为避免航空发动机中“钛火”事故的发生,满足高推重比航空发动机对材料的特殊要求,亟需对钛合金的燃烧问题进行系统深入研究。本文从钛合金的氧化行为及其燃烧产物进行分析研究。研究了Ti40合金和Ti17合金的超高温氧化行为及不同点燃方法对合金燃烧后不同区域以及燃烧产物影响的异同。氧化实验结果表明,Ti40合金在1000℃~1500℃的氧化过程中氧化层均会经历开裂、剥落的过程。当氧化层脱落后,使得原来富Cr的次表层被推至氧化表面,形成Cr2O3,Cr2O3与Ti O2形成混合氧化层显著提高了氧化层的致密度。在氧化层和基体的界面部位存在V、Cr元素的富集区。Cr2O3与Ti O2形成混合氧化层和V、Cr元素的富集层为Ti40合金提供了很好的阻止氧气进入基体的屏障。相对于Ti40合金,Ti17合金在超高温氧化时,当表层氧化膜脱落后次表层的氧化重复原表层的氧化过程,在整个超高温氧化实验过程并未出现明显的阻止氧元素扩散的屏障,由此表明Ti17合金在1000℃~1500℃的氧化是以单一的氧化方式不断在向基体推进,并没有形成阻止氧气向基体扩散,减缓氧化的机制。钛合金燃烧后,从燃烧表面到合金基体可以划分成燃烧表面、燃烧熔融区、燃烧过渡区、燃烧影响区。经过不同燃烧实验方法的对比研究发现,钛合金的燃烧结果与点燃方式无关,不同点燃方式仅影响不同燃烧区的形态和尺寸范围,对燃烧产物特征没有影响。Ti17燃烧后燃烧表层主要由单一的Ti O2构成,而Ti40合金燃烧表层由Ti O2和少量的Cr2O3构成。Ti40合金熔融区致密,在过渡区内有一致密的富V和Cr的富集层,影响区组织发生突变,显现出基体的组织形貌;Ti17从燃烧表面至基体不同区域组织一直呈现受氧元素影响的状态,没有发生组织形貌的突变行为。从燃烧表面向基体延伸,Ti40合金在经过过渡区后氧元素有一个明显的骤降,而Ti17中的氧元素在整个变化过程中是渐变的,与其组织形貌的变化是一致的。Ti40合金特有的Cr2O3和Ti O2的混合致密熔融区和富V和Cr元素的过渡区能有效的阻止氧气的传输。Ti40合金这种超高温下的氧化行为和燃烧特性可以为其阻燃机制提供很好的理论依据。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V252.2;TG146.23

【参考文献】

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本文编号：1155771