耐蚀Ti-Al-Nb-Zr-Mo合金的成分优化及组织性能研究

发布时间：2020-05-12 03:35

【摘要】：当今社会的高度发展离不开石油、天然气等天然能源的支持,但勘探开采较容易的陆地天然能源在日益减少,可替代能源的相关研究也尚不成熟,能源问题成了限制当今社会与经济发展的重要原因。在这种情况下很多国家把目光瞄向了自然资源丰富的海洋,开始大力发展海洋工程。由于服役环境的特殊,材料的选用对于各海洋工程至关重要。Ti80(Ti-6.0Al-3.0Nb-2.0Zr-1.0Mo)合金具有高强、高韧、可焊、耐蚀等优异的综合性能,是我国广泛使用的海用钛合金。本文在Ti80合金的基础上展开研究,对其合金成分进行优化,以期进一步提升其强度和耐蚀性能以应对深海油气田开采等服役条件较苛刻的海洋工程。本文在Ti80和前期研究基础上采用正交实验的方法,设置了四因素(Al、Nb、Zr、Mo含量)四水平的16组正交实验组,分别以真空退火处理后合金的断裂韧性、室温压缩强度、室温压缩极限应变量、电化学腐蚀性能为指标进行正交计算,然后综合考虑钛合金设计的Al、Mo当量准则得到了优化组分合金。通过实验验证了其各项性能,并对各组分合金组织和性能做了分析研究。通过对比各组分的Ti-Al-Nb-Zr-Mo基合金组织发现,正交组中各组分合金的相组成均为主要相α-Ti+少量β相,β相体积分数跟合金中β稳定元素含量有关。各组分合金铸态组织主要为取向不同、大小不一的α片层交错排列形成的网篮组织。随着合金化程度提高,组织变细,出现少量针状组织,合金化较高的合金中还可能出现少量初生不规则α相。Al和Mo能起到细化晶粒的作用。真空退火处理后各组分合金组织变得粗大、均匀。弯曲实验表明,Ti-Al-Nb-Zr-Mo系合金的室温断裂韧性均较好,属于韧性断裂。常温压缩实验显示,Al、Nb、Zr、Mo都能通过固溶强化使合金强度得到不同程度提升,Al和Zr对合金塑性不利,一定含量的Nb和Mo对合金塑性有利。热处理后各组分合金室温压缩性能整体表现为强度下降而塑性上升。Nb、Zr、Mo能通过提升钛合金钝化能力使其耐蚀性能提升,但当Mo、Nb等β稳定元素添加较多时,β相增多,相间电势差会导致α相发生选择性溶解使合金腐蚀性能下降。通过正交计算结合相关钛合金设计准则得到的优化组分为Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo,其热处理组织呈均匀网篮状,力学性能与电化学腐蚀性能均表现优异。对优化组分合金添加0.3wt.%Ni(Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo-0.3Ni)后组织得到了细化,室温压缩强度及电化学腐蚀性能得到进一步提升,室温断裂韧性和塑性有所降低。
【图文】：

图 1-1 俄罗斯台风级核潜艇海用耐蚀钛合金研究现状 美国的航空航天用钛合合金便是在其基础上，，选取了强度适中在海水环境蚀性的钛合金，如 Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、LI、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等[14]。后来美国 Timetal 了名为 Timetal 5111 的近α型海船用钛合金，其名义Sn-1V-0.8Mo-0.1Si[15]。该合金在具有良好的断裂韧又具有良好的室温蠕变性能，其冲击韧性优异，约该钛合金易焊接，可以进行大规格型材的焊接，目海洋工程。后来为了提高其耐缝隙腐蚀性能，又在加了 0.05%的 Pt，开发出 Timetal 5111Pt 合金，使应用于石油化工及氯碱工业。图 1-2 是美国用钛合号深潜器的载人仓，表 1-6 为美国舰船用候选钛合

图 1-1 俄罗斯台风级核潜艇海用耐蚀钛合金研究现状 美国的航空航天用钛合金钛合金便是在其基础上，选取了强度适中在海水环境下腐蚀性的钛合金，如 Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、TELI、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等[14]。后来美国 Timetal 公出了名为 Timetal 5111 的近α型海船用钛合金，其名义-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si[15]。该合金在具有良好的断裂韧性时又具有良好的室温蠕变性能，其冲击韧性优异，约为且该钛合金易焊接，可以进行大规格型材的焊接，目前类海洋工程。后来为了提高其耐缝隙腐蚀性能，又在 T添加了 0.05%的 Pt，开发出 Timetal 5111Pt 合金，使得以应用于石油化工及氯碱工业。图 1-2 是美国用钛合金文号深潜器的载人仓，表 1-6 为美国舰船用候选钛合金。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23

【参考文献】

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本文编号：2659579