Ti60钛合金双态组织调控过程中显微组织演变规律研究
发布时间：2021-09-06 07:43
近α钛合金由于高的比强度和良好的高温性能等优点而被广泛地用于制造航空发动机的重要零件。Ti60钛合金是中科院金属所开发的一种典型的近α型钛合金,该合金能够在600°C的高温环境下长期使用,是高推重比发动机压气机盘件和叶片重要的候选材料之一。为了实现材料蠕变和疲劳性能的良好匹配,Ti60合金选用一种严格控制的双态组织。该种组织的获得过程中涉及到一系列的组织演变,包括冷却过程中等轴初生α相（αp）的长大,冷却过程中片状α相（αs）与晶界α相（GBα）的析出,以及热机械加工过程中等轴α相与原始β相在高温下的再结晶等。这些显微组织演变规律的深入研究有助于更好地调控组织,为实际生产提供理论指导。因此,全面研究加工过程中Ti60合金组织的演变规律成为该合金工程应用中亟待解决的问题。本论文主要研究内容与结果如下:通过光学显微组织（OM）,背散射图像（BSE）,电子背散射衍射（EBSD）以及电子探针显微分析（EPMA）研究了不同冷却速率下Ti60合金双态组织中等轴α相的演变规律。结果表明,随着冷却速率的降低,等轴α相的晶粒尺寸,片状α相的厚度,晶界α相的厚度...
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
发动机中使用的主要钛合金以及其性能要求[19]
图 1-2 钛合金最大使用温度的发展[20]Fig. 1-2 Increase of maximum application temperatures of titanium alloy钛合金在研发期间，三个重要发现对其发展起到了至关重要现近 型合金具有更优异的高温性能。密排六方的 -Ti 中-Ti 的扩散比体心立方的 β-Ti 的扩散缓慢得多[14]，这样，通更优异的抗蠕变性能，能够在更高温度下使用，因此，大于合金主要集中于 +β 型钛合金（稳定状态下含 5%~25%的 （稳定状态下含 2%~6%的 β 相）[22-24]。 +β 型钛合金具有度、更好的耐蚀性、更高的弹性模量以及较好的高温性能，Al-4V，BT9，BT25y 等，最高使用温度能够达到 550°C。近少量的 β 相，是一类典型的高温钛合金，其兼顾了 型钛 +β型钛合金的高静强度，可用温度高达550~600°C，代表合IMI834，Ti-1100，BT18y 等。近 型钛合金的高温性能可以更高的温度，这类合金的高温强度是建立在 固溶体高度
图 1-3 近 钛合金中析出钉扎位错的硅化物颗粒Fig. 1-3 Precipitation of titanium silicides particles pinned with dislocation in near- titanium alloys(a) IMI829[28]; (b) IMI834[4]另外，发现铝当量经验公式对调控高温钛合金热稳定性能具有指导作用。一钛合金的抗蠕变性和抗氧化性随着铝含量的增加而提高，同时其塑性和变形能下降。因此，开发新合金时合金元素的铝当量不得超过 9%，否则，将析出导致金脆化的金属间化合物 Ti3Al（2相），并且太高的 Al 含量容易导致应力腐蚀，此，传统的钛合金都将铝含量限制在 6%以下[14]。2相通常被认为是对钛合金有化作用的有害相，实际生产中应避免2相的析出，但现在的研究已经表明，合的塑性可以通过某些元素的添加而得到改善，IMI834，Ti60 等高温钛合金已经许2相析出，这些析出的2相能够显著改善蠕变性能而又不大损害塑性[29]。传统高温钛合金体系逐渐趋向于近 型的 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si 系合金，该类合具有优异的高温力学性能。特别要说明的是，俄罗斯还存在一些含 W 元素的高钛合金，比如能够长期用于 500~550°C 的 BT25 和 BT25y 钛合金，主要是因为
【参考文献】：
期刊论文
[1]600℃高温钛合金双性能整体叶盘锻件制备技术研究进展[J]. 蔡建明,田丰,刘东,李娟,弭光宝,叶俊青. 材料工程. 2018(05)
[2]高温钛合金的现状与前景[J]. 王清江,刘建荣,杨锐. 航空材料学报. 2014(04)
[3]550℃用高温钛合金的研发[J]. 王凡,白保良,朱梅生. 钛工业进展. 2014(01)
[4]高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,黄浩. 中国材料进展. 2011(06)
[5]元素Ta对Ti-60A钛合金抗氧化性能的影响[J]. 朱绍祥,王清江,刘建荣,刘羽寅,杨锐. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[6]钛合金在飞机上的应用[J]. 李重河,朱明,王宁,鲁雄刚,程申涛. 稀有金属. 2009(01)
[7]电子背散射衍射技术、几何晶体学与材料科学[J]. 杨平. 电子显微学报. 2008(06)
[8]合金元素Si在钛合金中作用的研究进展[J]. 董飞,何国强,张贵田. 金属热处理. 2007(11)
[9]航空发动机的新结构及其强度设计[J]. 江和甫,古远兴,卿华. 燃气涡轮试验与研究. 2007(02)
[10]燃气涡轮发动机的发展与制造技术[J]. 江和甫. 航空制造技术. 2007(05)
本文编号：3387051
【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
发动机中使用的主要钛合金以及其性能要求[19]
图 1-2 钛合金最大使用温度的发展[20]Fig. 1-2 Increase of maximum application temperatures of titanium alloy钛合金在研发期间，三个重要发现对其发展起到了至关重要现近 型合金具有更优异的高温性能。密排六方的 -Ti 中-Ti 的扩散比体心立方的 β-Ti 的扩散缓慢得多[14]，这样，通更优异的抗蠕变性能，能够在更高温度下使用，因此，大于合金主要集中于 +β 型钛合金（稳定状态下含 5%~25%的 （稳定状态下含 2%~6%的 β 相）[22-24]。 +β 型钛合金具有度、更好的耐蚀性、更高的弹性模量以及较好的高温性能，Al-4V，BT9，BT25y 等，最高使用温度能够达到 550°C。近少量的 β 相，是一类典型的高温钛合金，其兼顾了 型钛 +β型钛合金的高静强度，可用温度高达550~600°C，代表合IMI834，Ti-1100，BT18y 等。近 型钛合金的高温性能可以更高的温度，这类合金的高温强度是建立在 固溶体高度
图 1-3 近 钛合金中析出钉扎位错的硅化物颗粒Fig. 1-3 Precipitation of titanium silicides particles pinned with dislocation in near- titanium alloys(a) IMI829[28]; (b) IMI834[4]另外，发现铝当量经验公式对调控高温钛合金热稳定性能具有指导作用。一钛合金的抗蠕变性和抗氧化性随着铝含量的增加而提高，同时其塑性和变形能下降。因此，开发新合金时合金元素的铝当量不得超过 9%，否则，将析出导致金脆化的金属间化合物 Ti3Al（2相），并且太高的 Al 含量容易导致应力腐蚀，此，传统的钛合金都将铝含量限制在 6%以下[14]。2相通常被认为是对钛合金有化作用的有害相，实际生产中应避免2相的析出，但现在的研究已经表明，合的塑性可以通过某些元素的添加而得到改善，IMI834，Ti60 等高温钛合金已经许2相析出，这些析出的2相能够显著改善蠕变性能而又不大损害塑性[29]。传统高温钛合金体系逐渐趋向于近 型的 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si 系合金，该类合具有优异的高温力学性能。特别要说明的是，俄罗斯还存在一些含 W 元素的高钛合金，比如能够长期用于 500~550°C 的 BT25 和 BT25y 钛合金，主要是因为
【参考文献】：
期刊论文
[1]600℃高温钛合金双性能整体叶盘锻件制备技术研究进展[J]. 蔡建明,田丰,刘东,李娟,弭光宝,叶俊青. 材料工程. 2018(05)
[2]高温钛合金的现状与前景[J]. 王清江,刘建荣,杨锐. 航空材料学报. 2014(04)
[3]550℃用高温钛合金的研发[J]. 王凡,白保良,朱梅生. 钛工业进展. 2014(01)
[4]高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J]. 黄旭,李臻熙,黄浩. 中国材料进展. 2011(06)
[5]元素Ta对Ti-60A钛合金抗氧化性能的影响[J]. 朱绍祥,王清江,刘建荣,刘羽寅,杨锐. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[6]钛合金在飞机上的应用[J]. 李重河,朱明,王宁,鲁雄刚,程申涛. 稀有金属. 2009(01)
[7]电子背散射衍射技术、几何晶体学与材料科学[J]. 杨平. 电子显微学报. 2008(06)
[8]合金元素Si在钛合金中作用的研究进展[J]. 董飞,何国强,张贵田. 金属热处理. 2007(11)
[9]航空发动机的新结构及其强度设计[J]. 江和甫,古远兴,卿华. 燃气涡轮试验与研究. 2007(02)
[10]燃气涡轮发动机的发展与制造技术[J]. 江和甫. 航空制造技术. 2007(05)
本文编号：3387051
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