TC21钛合金多层次组织对力学性能的影响
发布时间：2022-01-11 21:09
随着航空航天器件向大型化、高速化与复杂化方向发展,飞行器选材判据由过去“安全-寿命”到“损伤容限设计”理念转变。钛合金显微组织中片层组织具有良好的损伤容限性能。虽然钛合金中片层组织与强韧性关系已有大量的研究,但是对钛合金中强韧性的组织控制单元鲜有报道,特别是钛合金中多层次片层组织与强韧性的耦合关系研究未见报道。本文以TC21合金为研究对象,采用Ba hr DIL805A/D高精度差分膨胀仪并结合OM、SEM、EBSD、TEM等分析手段研究了热处理工艺参数与TC21合金多层次片层组织的关系,利用Hall-Petch关系研究不同层次的片层组织与拉伸性能、断裂韧性和冲击韧性等力学性能之间的关系,找出不同热处理条件下TC21合金多层次片层组织的强度与韧性的有效控制单元。主要结论如下:在退火制度不变时,随着固溶温度的升高,合金的β晶粒尺寸与α丛束直径均增大,而α片的平均厚度却略有减小。TC21合金的拉伸性能（抗拉强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率）均随固溶温度升高而减小,而韧性（冲击韧性与断裂韧性）均增大。在相同固溶温度条件下,随着退火温度的提高,合金的β晶粒尺寸不变,而α丛束直径与α片的厚度均...
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
hcp结构(α钛)和bcc结构(β钛)结构图
Fig. 1.1 The crystal structure of hcp (α-Ti) and bcc (β-Ti)钛合金根据相组成以及钼当量可分为近α型、α型、α+β型、近β型、亚稳β型以及β型钛合金，由图1.2所示。钼当量是表明β稳定元素对钛合金的稳定程度，其修正公式为[8, 9]：[Mo]eq=Mo+0.67V+0.44W+0.22Ta+1.6Cr+0.28Nb+2.9Fe+1.54Mn+ -Al （1-1）其中 Mo 当量越大，表明其对合金的稳定程度越强，对应的对合金的相变温度降幅也就越大。通过“临界钼当量条件下的多元强化”的原则，设计出了一系列如 Ti-B20、Ti-1300、TB10、TB10等高强高韧钛合金，由于其具有优良的性能，在航空航天以及航海领域有着广阔的应用前景。图 1.2 钛合金分类示意图[47]Fig. 1.2 The classification schemes of Titanium alloy
体积分数对其力学性能影响较大。所以通过适当的控制热处理工艺参数及热加工可调节其组织从而达到优异的性能。根据钛合金组织形态可分为四种典型组织，包括等轴组织、网篮组织、魏氏组织，还有双态组织，如图1.3所示。魏氏组织是从α/β相变点以上以不太快的冷速形成的一种原始β晶粒完整、β晶粒内为α小片或α+β小片组成的组织，其特点是β晶粒边界清晰完整，晶界α非常明显，晶内α相呈粗片状规则排列，一般都存在粗大集束，长而平直，并具有较大的纵横比，如图1.3（a）所示。其断裂韧性、蠕变性能较高但塑性、抗应力腐蚀性能差。网篮组织是在β相区经较大的变形然后在α+β相区终止变形后得到的组织，变形量达50％或者更大，如图1.3（b）所示。特点是在原始β晶粒边界不同程度的被破坏，α片短或α+β小片短而歪扭，晶界α已经不明显，晶内片状α变短变粗，在原始β晶粒的轮廓内呈网篮状编织的片状结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]国家自然科学基金重大项目“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”结题综述[J]. 卢柯,张哲峰,卢磊,刘庆,陶乃镕,曲绍兴,车成卫. 中国科学基金. 2013(02)
[2]钛合金显微组织与性能定量关系的模型[J]. 王凯旋,曾卫东,赵永庆,周义刚. 稀有金属材料与工程. 2011(05)
[3]Effect of Substructure on Toughness of Lath Martensite/Bainite Mixed Structure in Low-Carbon Steels[J]. LUO Zhi-jun1,2, SHEN Jun-chang2, SU Hang2, DING Yue-hua1,YANG Cai-fu2, ZHU Xing1(1. Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093,Yunnan, China; 2. Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China). Journal of Iron and Steel Research（International）. 2010(11)
[4]加工工艺对Ti5553合金等温锻件力学性能和显微组织的影响[J]. 徐锋,计波,朱益藩,罗月新,庞克昌. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[5]TC21合金片层组织特征对其断裂韧性的影响[J]. 党薇,薛祥义,李金山,胡锐,朱知寿,张丰收,周廉. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[6]TA15钛合金显微组织与损伤容限性能的关系[J]. 何书林,雷小军,王小翔,马英杰,王希哲,王鼎春. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[7]国内外钛合金研究的发展现状及趋势[J]. 赵永庆. 中国材料进展. 2010(05)
[8]条状马氏体形态对钢力学性质的影响[J]. 徐祖耀. 热处理. 2009(03)
[9]钛合金组织特征参数与拉伸性能预测[J]. 张旺峰,曹春晓,李兴无,马济民,朱知寿. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[10]钛合金β晶粒生长规律及晶粒尺寸对损伤容限性能的影响[J]. 马英杰,刘建荣,雷家峰,刘羽寅,杨锐. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
博士论文
[1]Ti-1300合金室温变形与组织演变研究[D]. 万明攀.西北工业大学 2015
本文编号：3583467
【文章来源】：贵州大学贵州省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
hcp结构(α钛)和bcc结构(β钛)结构图
Fig. 1.1 The crystal structure of hcp (α-Ti) and bcc (β-Ti)钛合金根据相组成以及钼当量可分为近α型、α型、α+β型、近β型、亚稳β型以及β型钛合金，由图1.2所示。钼当量是表明β稳定元素对钛合金的稳定程度，其修正公式为[8, 9]：[Mo]eq=Mo+0.67V+0.44W+0.22Ta+1.6Cr+0.28Nb+2.9Fe+1.54Mn+ -Al （1-1）其中 Mo 当量越大，表明其对合金的稳定程度越强，对应的对合金的相变温度降幅也就越大。通过“临界钼当量条件下的多元强化”的原则，设计出了一系列如 Ti-B20、Ti-1300、TB10、TB10等高强高韧钛合金，由于其具有优良的性能，在航空航天以及航海领域有着广阔的应用前景。图 1.2 钛合金分类示意图[47]Fig. 1.2 The classification schemes of Titanium alloy
体积分数对其力学性能影响较大。所以通过适当的控制热处理工艺参数及热加工可调节其组织从而达到优异的性能。根据钛合金组织形态可分为四种典型组织，包括等轴组织、网篮组织、魏氏组织，还有双态组织，如图1.3所示。魏氏组织是从α/β相变点以上以不太快的冷速形成的一种原始β晶粒完整、β晶粒内为α小片或α+β小片组成的组织，其特点是β晶粒边界清晰完整，晶界α非常明显，晶内α相呈粗片状规则排列，一般都存在粗大集束，长而平直，并具有较大的纵横比，如图1.3（a）所示。其断裂韧性、蠕变性能较高但塑性、抗应力腐蚀性能差。网篮组织是在β相区经较大的变形然后在α+β相区终止变形后得到的组织，变形量达50％或者更大，如图1.3（b）所示。特点是在原始β晶粒边界不同程度的被破坏，α片短或α+β小片短而歪扭，晶界α已经不明显，晶内片状α变短变粗，在原始β晶粒的轮廓内呈网篮状编织的片状结构
【参考文献】：
期刊论文
[1]国家自然科学基金重大项目“金属材料强韧化的多尺度结构设计与制备”结题综述[J]. 卢柯,张哲峰,卢磊,刘庆,陶乃镕,曲绍兴,车成卫. 中国科学基金. 2013(02)
[2]钛合金显微组织与性能定量关系的模型[J]. 王凯旋,曾卫东,赵永庆,周义刚. 稀有金属材料与工程. 2011(05)
[3]Effect of Substructure on Toughness of Lath Martensite/Bainite Mixed Structure in Low-Carbon Steels[J]. LUO Zhi-jun1,2, SHEN Jun-chang2, SU Hang2, DING Yue-hua1,YANG Cai-fu2, ZHU Xing1(1. Faculty of Metallurgical and Energy Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093,Yunnan, China; 2. Central Iron and Steel Research Institute, Beijing 100081, China). Journal of Iron and Steel Research（International）. 2010(11)
[4]加工工艺对Ti5553合金等温锻件力学性能和显微组织的影响[J]. 徐锋,计波,朱益藩,罗月新,庞克昌. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[5]TC21合金片层组织特征对其断裂韧性的影响[J]. 党薇,薛祥义,李金山,胡锐,朱知寿,张丰收,周廉. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[6]TA15钛合金显微组织与损伤容限性能的关系[J]. 何书林,雷小军,王小翔,马英杰,王希哲,王鼎春. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[7]国内外钛合金研究的发展现状及趋势[J]. 赵永庆. 中国材料进展. 2010(05)
[8]条状马氏体形态对钢力学性质的影响[J]. 徐祖耀. 热处理. 2009(03)
[9]钛合金组织特征参数与拉伸性能预测[J]. 张旺峰,曹春晓,李兴无,马济民,朱知寿. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
[10]钛合金β晶粒生长规律及晶粒尺寸对损伤容限性能的影响[J]. 马英杰,刘建荣,雷家峰,刘羽寅,杨锐. 稀有金属材料与工程. 2009(06)
博士论文
[1]Ti-1300合金室温变形与组织演变研究[D]. 万明攀.西北工业大学 2015
本文编号：3583467
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