EB炉熔铸TC4钛合金扁坯交叉热轧与热处理的组织和性能研究
发布时间：2021-08-13 13:56
TC4钛合金因具有高的比强度、良好的耐蚀性和生物相容性等优点,被广泛应用于军事、医疗和民用等领域。传统钛板材加工多采用VAR炉熔炼的含有高低密度夹杂圆锭经开坯锻造,轧制成板材。本实验利用EB炉熔炼的扁锭直接轧制成板材,省去以往开坯锻造工序,降低了钛合金生产成本、提高了成材率和缩短了生产周期。为给企业工业化生产钛合金板材的热加工以及热处理工艺提供经验和理论指导,研究了交叉热轧工艺以及退火和固溶+时效强化热处理工艺对TC4钛合金板材的组织演变和性能的影响。并且,对热轧以及热处理板材进行了EBSD分析。本文主要工作和研究结果如下:（1）研究交叉热轧工艺对TC4钛合金板材组织和性能的影响。TC4钛合金扁锭显微组织为魏氏组织。经热轧变形后,组织中的晶界已充分破碎,片状α相发生扭折、变形和破碎且纵横交错。随着交叉次数的增加,组织中的片状α相纵横交错越明显,各向异性改善且强度提高。其中,交叉二次热轧的板材综合性能最优,在RD、TD方向的抗拉强度、屈服强度以及伸长率分别为912.7和941.5 MPa,792.1和884.3 MPa以及11.2%和9.4%。（2）研究退火热处理工艺对TC4钛合金板材组...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TC4钛合金的典型组织(a)魏氏组织(b)网篮组织(c)等轴组织(d)双态组织
第一章绪论3形状变化，TC4钛合金微观组织形态主要分为四种[19]，如图1.1所示：图1.1TC4钛合金的典型组织(a)魏氏组织(b)网篮组织(c)等轴组织(d)双态组织Fig.1.1TC4titaniumalloytypicalmicrostructure(a)Widmanstattenmicrostructure(b)Basketweavemicrostructure(c)Equiaxedmicrostructure(d)Duplexmicrostructure(1)魏氏组织魏氏组织亦是片层组织，是当钛合金加热到β相区缓慢冷却，或者变形开始和终了温度都在β相区，并且变形量较小时获得的组织，其形成过程示意图如图1.2所示[20]。该组织特点是原始晶粒清晰完整，有明显连续的晶界α相，β晶粒内具有较大的“集束”，同一“集束”内有大量的片层α相彼此平行。魏氏组织优点是具有高的持久强度、裂韧性和蠕变抗力，但其塑性低，断面收缩率远低于其他组织[21]。(1)加热；(2)变形；(3)冷却至两相区；(4)继续冷却到室温图1.2魏氏组织形成示意图Fig.1.2TheformationprocessofWidmanstattenstructure(a)(b)(c)(d)(1)(2)(3)(4)βαβ
昆明理工大学硕士学位论文4(2)网篮组织网篮组织是当钛合金变形温度开始在β相变点附近或β相区，终了温度在两相区时形成的，其形成过程示意图如图1.3所示。该组织特点是在β转变基体上分布着纵横交错的片状α相，β晶粒边界在变形过程中被破坏，原始β晶粒内的片状α相变短（长宽比减少），有如编织网篮的形状，称为网篮状组织[6]。网篮组织优点是具有高的持久强度和蠕变强度，疲劳性能高于魏氏组织，但存在一个弱点是塑性和热稳定性低，即“β脆性”[22-23]。(1)β相区变形；(2)两相区变形；(3)形成片层α；(4)再结晶；(5)片层扭曲图1.3网篮组织形成过程Fig.1.3Theformationprocessofbasketweavemicrostructure(3)等轴组织等轴组织一般是当钛合金在β转变温度下30～100℃加热，经充分塑性变形和再结晶退火形成，其组织形成过程示意图如图1.4所示[20]。该种组织特点是在β转变基体上分布着初生的等轴α相，也不全表现为等轴，也有可能是球状、矩形、盘状等。等轴组织优点是综合力学性能较好，具有较好的塑性和热稳定性，但断裂韧性、蠕变强度等差一些[24]。(1)原始组织；(2)加热；(3)变形；(4)再结晶；(5)冷却，析出次生α图1.4双态和等轴组织形成示意图Fig.1.4Theformationprocessofduplexandequiaxedmicrostructure(4)双态组织(1)(2)(3)(4)(5)ββα(1)(2)(3)(4)(5)βα
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷轧和退火对TC4钛合金管组织和性能的影响[J]. 蔡国帅,朱宝辉,陈胜川,李永林,王璐. 热加工工艺. 2018(21)
[2]低温固溶及时效处理对TC4钛合金棒材组织及力学性能的影响[J]. 杜刚,孙小平,高玉社,王玮东,侯峰起,付宝全,刘向宏. 稀有金属材料与工程. 2018(06)
[3]热处理工艺对TC4合金冷轧管材组织及性能的影响[J]. 朱宝辉,蔡国帅,李永林,陈胜川,刘彦昌,李修勇,何季麟. 金属热处理. 2018(04)
[4]Research progress on refractory composition and deformability of shell molds for TiAl alloy castings[J]. Chun-ling Bao,Shuang-qi Zhang,Yu-yan Ren,You-wei Zhang,Hua-sheng Xie,Jun Zhao. China Foundry. 2018(01)
[5]选区激光熔化成型Ti6Al4V钛合金的显微组织研究[J]. 唐威,樊新民,黄洁雯,章默涵,宋晓东. 中国体视学与图像分析. 2017(04)
[6]累积叠轧TC4钛合金的组织演化与力学性能[J]. 刘国怀,李天瑞,徐莽,付天亮,李勇,王昭东,王国栋. 金属学报. 2017(09)
[7]TC4钛合金连续热变形过程中的组织及取向演变[J]. 陈少华,张麦仓,贾萌柳,彭桃. 材料热处理学报. 2017(05)
[8]低成本钛合金研究现状与发展趋势[J]. 冯秋元,佟学文,王俭,王鼎春,高颀. 材料导报. 2017(09)
[9]EB炉熔炼大规格钛扁锭凝固过程的数值模拟[J]. 刘千里,李向明,耿乃涛,陈骁夫,蒋业华. 特种铸造及有色合金. 2017(03)
[10]钛合金在生物医药领域应用现状和展望[J]. 廖赞,缪卫东,马嘉丽. 新材料产业. 2017(03)
硕士论文
[1]固溶—时效对热轧态Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金α相析出长大行为的影响[D]. 李佳潼.北方工业大学 2018
[2]高强β钛合金双级时效强化机理研究[D]. 刘国龙.内蒙古工业大学 2018
[3]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
[4]固溶—时效对热轧态TC18钛合金显微组织、力学性能和织构的影响[D]. 邓喆.中南大学 2014
[5]高强高塑TC4钛合金板材热轧与热处理的组织和性能研究[D]. 黄剑锋.昆明理工大学 2013
[6]TC6钛合金的高温蠕变行为及热处理工艺对合金组织性能的影响[D]. 李学雄.中南大学 2012
[7]TC4钛合金电子束冷床熔炼技术研究[D]. 罗雷.西安建筑科技大学 2010
[8]TC11钛合金组织演变及α片层等轴化机理研究[D]. 郑佩琦.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3340554
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TC4钛合金的典型组织(a)魏氏组织(b)网篮组织(c)等轴组织(d)双态组织
第一章绪论3形状变化，TC4钛合金微观组织形态主要分为四种[19]，如图1.1所示：图1.1TC4钛合金的典型组织(a)魏氏组织(b)网篮组织(c)等轴组织(d)双态组织Fig.1.1TC4titaniumalloytypicalmicrostructure(a)Widmanstattenmicrostructure(b)Basketweavemicrostructure(c)Equiaxedmicrostructure(d)Duplexmicrostructure(1)魏氏组织魏氏组织亦是片层组织，是当钛合金加热到β相区缓慢冷却，或者变形开始和终了温度都在β相区，并且变形量较小时获得的组织，其形成过程示意图如图1.2所示[20]。该组织特点是原始晶粒清晰完整，有明显连续的晶界α相，β晶粒内具有较大的“集束”，同一“集束”内有大量的片层α相彼此平行。魏氏组织优点是具有高的持久强度、裂韧性和蠕变抗力，但其塑性低，断面收缩率远低于其他组织[21]。(1)加热；(2)变形；(3)冷却至两相区；(4)继续冷却到室温图1.2魏氏组织形成示意图Fig.1.2TheformationprocessofWidmanstattenstructure(a)(b)(c)(d)(1)(2)(3)(4)βαβ
昆明理工大学硕士学位论文4(2)网篮组织网篮组织是当钛合金变形温度开始在β相变点附近或β相区，终了温度在两相区时形成的，其形成过程示意图如图1.3所示。该组织特点是在β转变基体上分布着纵横交错的片状α相，β晶粒边界在变形过程中被破坏，原始β晶粒内的片状α相变短（长宽比减少），有如编织网篮的形状，称为网篮状组织[6]。网篮组织优点是具有高的持久强度和蠕变强度，疲劳性能高于魏氏组织，但存在一个弱点是塑性和热稳定性低，即“β脆性”[22-23]。(1)β相区变形；(2)两相区变形；(3)形成片层α；(4)再结晶；(5)片层扭曲图1.3网篮组织形成过程Fig.1.3Theformationprocessofbasketweavemicrostructure(3)等轴组织等轴组织一般是当钛合金在β转变温度下30～100℃加热，经充分塑性变形和再结晶退火形成，其组织形成过程示意图如图1.4所示[20]。该种组织特点是在β转变基体上分布着初生的等轴α相，也不全表现为等轴，也有可能是球状、矩形、盘状等。等轴组织优点是综合力学性能较好，具有较好的塑性和热稳定性，但断裂韧性、蠕变强度等差一些[24]。(1)原始组织；(2)加热；(3)变形；(4)再结晶；(5)冷却，析出次生α图1.4双态和等轴组织形成示意图Fig.1.4Theformationprocessofduplexandequiaxedmicrostructure(4)双态组织(1)(2)(3)(4)(5)ββα(1)(2)(3)(4)(5)βα
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷轧和退火对TC4钛合金管组织和性能的影响[J]. 蔡国帅,朱宝辉,陈胜川,李永林,王璐. 热加工工艺. 2018(21)
[2]低温固溶及时效处理对TC4钛合金棒材组织及力学性能的影响[J]. 杜刚,孙小平,高玉社,王玮东,侯峰起,付宝全,刘向宏. 稀有金属材料与工程. 2018(06)
[3]热处理工艺对TC4合金冷轧管材组织及性能的影响[J]. 朱宝辉,蔡国帅,李永林,陈胜川,刘彦昌,李修勇,何季麟. 金属热处理. 2018(04)
[4]Research progress on refractory composition and deformability of shell molds for TiAl alloy castings[J]. Chun-ling Bao,Shuang-qi Zhang,Yu-yan Ren,You-wei Zhang,Hua-sheng Xie,Jun Zhao. China Foundry. 2018(01)
[5]选区激光熔化成型Ti6Al4V钛合金的显微组织研究[J]. 唐威,樊新民,黄洁雯,章默涵,宋晓东. 中国体视学与图像分析. 2017(04)
[6]累积叠轧TC4钛合金的组织演化与力学性能[J]. 刘国怀,李天瑞,徐莽,付天亮,李勇,王昭东,王国栋. 金属学报. 2017(09)
[7]TC4钛合金连续热变形过程中的组织及取向演变[J]. 陈少华,张麦仓,贾萌柳,彭桃. 材料热处理学报. 2017(05)
[8]低成本钛合金研究现状与发展趋势[J]. 冯秋元,佟学文,王俭,王鼎春,高颀. 材料导报. 2017(09)
[9]EB炉熔炼大规格钛扁锭凝固过程的数值模拟[J]. 刘千里,李向明,耿乃涛,陈骁夫,蒋业华. 特种铸造及有色合金. 2017(03)
[10]钛合金在生物医药领域应用现状和展望[J]. 廖赞,缪卫东,马嘉丽. 新材料产业. 2017(03)
硕士论文
[1]固溶—时效对热轧态Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金α相析出长大行为的影响[D]. 李佳潼.北方工业大学 2018
[2]高强β钛合金双级时效强化机理研究[D]. 刘国龙.内蒙古工业大学 2018
[3]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
[4]固溶—时效对热轧态TC18钛合金显微组织、力学性能和织构的影响[D]. 邓喆.中南大学 2014
[5]高强高塑TC4钛合金板材热轧与热处理的组织和性能研究[D]. 黄剑锋.昆明理工大学 2013
[6]TC6钛合金的高温蠕变行为及热处理工艺对合金组织性能的影响[D]. 李学雄.中南大学 2012
[7]TC4钛合金电子束冷床熔炼技术研究[D]. 罗雷.西安建筑科技大学 2010
[8]TC11钛合金组织演变及α片层等轴化机理研究[D]. 郑佩琦.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3340554
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