Zr对短时高温钛合金组织和性能的影响

发布时间：2018-12-25 13:10

【摘要】：短时高温钛合金在航空航天领域具有很大的作用,尤其是在核心发动机零部件方面更是不可或缺。短时高温钛合金,特别是使用温度600℃以上的短时用高温钛合金绝大多数都是近α合金,其中最主要的是Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金。作为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系中的重要合金化元素,Zr是目前高温钛合金中应用最为广泛的中性元素,Zr在α-Ti和β-Ti中均可以形成无限固溶体,起到补充强化作用,既可以保证合金的塑性又可以提高合金的高温强度以及热稳定性,同时,Zr元素的加入还可以抑制合金中ω相的析出,提高合金的综合性能。事实上,当前的高温钛合金领域Zr的添加量普遍在0-4wt%,含量较低,本课题拟对不同高Zr含量情况下,高温钛合金的组织和力学性能进行探究,来找出Zr对高温钛合金的影响规律。本文所用的合金是在哈工大研制的DSTi合金基础上改变Zr采用水冷坩埚真空感应熔炼炉(ISM)进行炼制的,控制其他组分不变,调整Zr的4、6、8和10wt%四种含量,然后分析钛合金的组织和性能和Zr含量之间的关系,得到了如下的研究结果。对于原始的铸态组织,进行EBSD和XRD等手段分析,可以确定四种组分的合金中基本都是α-Ti,并且随着Zr含量的增加,晶粒得到了一定的细化,里面的条状的α相变细小。而其室温拉伸方面大体上具有随着Zr含量的增加,合金的抗拉强度变大,但是相应的其塑性会逐渐变差。通过110h的750℃循环氧化实验,我们可以发现,四种合金的氧化增重曲线大致符合合金的氧化规律,并且能够发现Zr的添加对合金的氧化动力学规律产生了改变,当Zr含量为4-8wt%的时候,是Zr含量越高,DSTi合金的抗氧化性越好。四种高温钛合金经过氧化之后表面的相无明显差别,均为α-Ti和TiO2。氧化后的横切面线扫描结果类似,都是氧化膜最表层有一个Al的窄峰,在氧化膜内部有Zr和Ti的峰出现,说明最表面是Al的氧化物,内部会出现Zr和Ti的氧化物。通过设计对比四种不同成分高温钛合金在1min、15min、2h、10h和30h的高温氧化后表面形貌变化和EDS分析的氧化物表面的元素变化规律,都表明Zr含量的增加,会让材料的抗氧化性才一定程度上出现提高。氧化时间和氧化温度对高温钛合金性能的影响结果是,氧化时间越长,合金的性能越差;氧化温度越高,合金的性能越差。在一定程度上,Zr含量增加,这种性能变差的趋势越小。在上述基础上我们对Zr增加高温钛合金的抗氧化性机制进行了探究。而不同Zr含量在热处理中的表现为,随着温度升高,不同合金成分的高温钛合金的晶粒尺寸都出现了一定程度的长大。并且沿着晶界生长的初生α相随着温度的升高呈现出逐渐变粗大的趋势。其中当Zr含量高的时候,比如8和10wt%,会出现沿着原始的β晶界析出颗粒状物的现象,并且这种现象随着合金热处理温度的升高出现降低。室温拉伸的结果是当进行950℃固溶处理的时候后,合金的综合力学性能最好。
[Abstract]:Short-time high-temperature titanium alloys play an important role in aerospace field, especially in core engine parts. The short term high temperature titanium alloys, especially the short term high temperature titanium alloys above 600 鈩，

本文编号：2391174