新型TiZrAlB合金的强韧化及腐蚀行为研究
发布时间：2022-01-21 09:28
钛（Ti）与Ti合金具有诸多优异的理化特性,如密度低、比强度高及良好的抗腐蚀能力等,在各类高端领域及日常生活中已得到广泛应用。尤其是在海洋工程与船舶制造行业中,得益于钛合金兼具优异的力学性能与抗腐蚀能力,因此展现出广阔的应用前景。然而传统Ti合金已经很难满足当下日益恶劣的服役环境所提出的苛刻要求。基于海洋用结构材料的性能指标及现有研究结果,合金元素锆（Zr）可以通过合金化的方式显著提升与改善Ti合金的多方面性能。本文以α型TiZrAlB合金为研究对象,通过优化合金成分、调节变形及热处理工艺,开发了新型TiZrAlB合金体系,研究了合金的强韧化机制,揭示了合金中微观组织结构与强韧化及腐蚀行为之间的关联性,促进了新型高强耐蚀结构材料研究工作的发展。在实验室研究阶段,利用真空非自耗电弧炉制备得到一系列成分不同的TiZrAlB合金铸锭。研究发现,Zr的添加使铸态组织得到细化,合金的强度、硬度在固溶强化作用下随Zr含量的增加而增加,而塑性略有下降。经930℃轧制淬火后,部分合金组织中的α相板条晶发生了严重的弯曲与扭折,其余合金中则显示为针状的α′马氏体组织,且强度随组织的细化得到提升,当Zr含量...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
钛的HCP和BCC晶体结构示意图[24]
燕山大学工学博士学位论文-4-使得棱柱面间距增加，导致了基面上的堆垛密度降低，利于滑移在棱柱面上的开动。并且改变HCP的任一晶格常数(如间隙原子或置换原子的引入)均会造成α-Ti性能的变化。图1-2展示了α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]。图1-2α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]Fig.1-2ThreeslipsystemsofTiwithHCPstructure[24]随着从β相区冷却下来时，β-Ti转变为α-Ti，而β→α的相变过程是钛合金中最重要基础相变之一。BCC结构的β相与HCP结构的α之间存在着严格的伯格斯取向关系，即{0002}α//{110}β与<11-20>α//<111>β，如图1-3所示[25]。由于晶体对称性，β晶胞拥有6个滑移面和2个滑移方向，结合α/β结构之间的取向继承关系，决定了一个原始的β晶粒内部可能存在12种晶体学取向的α相，这种取向变化可由宏观上的金相组织体现出来。但是在实际的变化过程中，上述的12种取向的变体不会同时等几率出现，只有少数取向的α相可以形成，这种α相局部择优取向生长的现象被称作是β→α相变过程中的变体选择。钛合金的力学性能不仅受α相空间形态分布(即不同相或显微组织的形貌及尺寸体现)和宏观晶体学分布(即织构等晶体取向的强弱)影响，还与α相的变体选择有关。图1-3β→α相变的Burgers关系及Burgers方向上的变体选择[25]Fig.1-3Burgersrelationshipdiagramsandvariantselectionofβtoαtransformation[25]
燕山大学工学博士学位论文-4-使得棱柱面间距增加，导致了基面上的堆垛密度降低，利于滑移在棱柱面上的开动。并且改变HCP的任一晶格常数(如间隙原子或置换原子的引入)均会造成α-Ti性能的变化。图1-2展示了α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]。图1-2α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]Fig.1-2ThreeslipsystemsofTiwithHCPstructure[24]随着从β相区冷却下来时，β-Ti转变为α-Ti，而β→α的相变过程是钛合金中最重要基础相变之一。BCC结构的β相与HCP结构的α之间存在着严格的伯格斯取向关系，即{0002}α//{110}β与<11-20>α//<111>β，如图1-3所示[25]。由于晶体对称性，β晶胞拥有6个滑移面和2个滑移方向，结合α/β结构之间的取向继承关系，决定了一个原始的β晶粒内部可能存在12种晶体学取向的α相，这种取向变化可由宏观上的金相组织体现出来。但是在实际的变化过程中，上述的12种取向的变体不会同时等几率出现，只有少数取向的α相可以形成，这种α相局部择优取向生长的现象被称作是β→α相变过程中的变体选择。钛合金的力学性能不仅受α相空间形态分布(即不同相或显微组织的形貌及尺寸体现)和宏观晶体学分布(即织构等晶体取向的强弱)影响，还与α相的变体选择有关。图1-3β→α相变的Burgers关系及Burgers方向上的变体选择[25]Fig.1-3Burgersrelationshipdiagramsandvariantselectionofβtoαtransformation[25]
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷变形对BT-14钛合金组织和性能的影响[J]. 王文君,陈猛,岳希星. 世界有色金属. 2019(10)
[2]海洋环境下激光立体成形钛合金板的腐蚀疲劳损伤[J]. 方雄,谢昌宏,刘军,耿小亮. 热加工工艺. 2019(14)
[3]真空自耗电弧熔炼制备钛合金技术的研究进展[J]. 刘欣欣. 工业加热. 2019(03)
[4]钛及钛合金真空熔炼技术研究进展[J]. 杨欢,杨晓康,杜晨,原张晓,魏芬绒,罗斌莉,王海. 世界有色金属. 2019(08)
[5]海洋桥梁工程轻质、高强、耐久性结构材料现状及发展趋势研究[J]. 吴智深,刘加平,邹德辉,汪昕,史健喆. 中国工程科学. 2019(03)
[6]固溶-时效热处理工艺对近β钛合金显微组织演化与力学性能的影响（英文）[J]. 武川,詹梅. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(05)
[7]工业环境混凝土结构耐久性修复研究现状[J]. 郭小华,于英俊,王玲,惠云玲. 工业建筑. 2019(01)
[8]舰船海水管路腐蚀与防护技术研究进展[J]. 信世堡. 装备环境工程. 2018(11)
[9]海洋环境下碳钢与船用钛合金的腐蚀行为研究[J]. 冯丽,蔡琦. 机械制造. 2018(08)
[10]TC18钛合金在海洋大气环境中的腐蚀行为研究[J]. 朱玉琴,苏艳,舒畅,舒德学. 装备环境工程. 2018(03)
博士论文
[1]高强度TiZrAl合金的制备及组织性能研究[D]. 蒋晓军.燕山大学 2015
硕士论文
[1]钛合金在NaCl溶液中的失效行为与机理[D]. 王硕.江苏科技大学 2018
本文编号：3600011
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
钛的HCP和BCC晶体结构示意图[24]
燕山大学工学博士学位论文-4-使得棱柱面间距增加，导致了基面上的堆垛密度降低，利于滑移在棱柱面上的开动。并且改变HCP的任一晶格常数(如间隙原子或置换原子的引入)均会造成α-Ti性能的变化。图1-2展示了α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]。图1-2α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]Fig.1-2ThreeslipsystemsofTiwithHCPstructure[24]随着从β相区冷却下来时，β-Ti转变为α-Ti，而β→α的相变过程是钛合金中最重要基础相变之一。BCC结构的β相与HCP结构的α之间存在着严格的伯格斯取向关系，即{0002}α//{110}β与<11-20>α//<111>β，如图1-3所示[25]。由于晶体对称性，β晶胞拥有6个滑移面和2个滑移方向，结合α/β结构之间的取向继承关系，决定了一个原始的β晶粒内部可能存在12种晶体学取向的α相，这种取向变化可由宏观上的金相组织体现出来。但是在实际的变化过程中，上述的12种取向的变体不会同时等几率出现，只有少数取向的α相可以形成，这种α相局部择优取向生长的现象被称作是β→α相变过程中的变体选择。钛合金的力学性能不仅受α相空间形态分布(即不同相或显微组织的形貌及尺寸体现)和宏观晶体学分布(即织构等晶体取向的强弱)影响，还与α相的变体选择有关。图1-3β→α相变的Burgers关系及Burgers方向上的变体选择[25]Fig.1-3Burgersrelationshipdiagramsandvariantselectionofβtoαtransformation[25]
燕山大学工学博士学位论文-4-使得棱柱面间距增加，导致了基面上的堆垛密度降低，利于滑移在棱柱面上的开动。并且改变HCP的任一晶格常数(如间隙原子或置换原子的引入)均会造成α-Ti性能的变化。图1-2展示了α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]。图1-2α-Ti(HCP)的三个激活滑移系[24]Fig.1-2ThreeslipsystemsofTiwithHCPstructure[24]随着从β相区冷却下来时，β-Ti转变为α-Ti，而β→α的相变过程是钛合金中最重要基础相变之一。BCC结构的β相与HCP结构的α之间存在着严格的伯格斯取向关系，即{0002}α//{110}β与<11-20>α//<111>β，如图1-3所示[25]。由于晶体对称性，β晶胞拥有6个滑移面和2个滑移方向，结合α/β结构之间的取向继承关系，决定了一个原始的β晶粒内部可能存在12种晶体学取向的α相，这种取向变化可由宏观上的金相组织体现出来。但是在实际的变化过程中，上述的12种取向的变体不会同时等几率出现，只有少数取向的α相可以形成，这种α相局部择优取向生长的现象被称作是β→α相变过程中的变体选择。钛合金的力学性能不仅受α相空间形态分布(即不同相或显微组织的形貌及尺寸体现)和宏观晶体学分布(即织构等晶体取向的强弱)影响，还与α相的变体选择有关。图1-3β→α相变的Burgers关系及Burgers方向上的变体选择[25]Fig.1-3Burgersrelationshipdiagramsandvariantselectionofβtoαtransformation[25]
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷变形对BT-14钛合金组织和性能的影响[J]. 王文君,陈猛,岳希星. 世界有色金属. 2019(10)
[2]海洋环境下激光立体成形钛合金板的腐蚀疲劳损伤[J]. 方雄,谢昌宏,刘军,耿小亮. 热加工工艺. 2019(14)
[3]真空自耗电弧熔炼制备钛合金技术的研究进展[J]. 刘欣欣. 工业加热. 2019(03)
[4]钛及钛合金真空熔炼技术研究进展[J]. 杨欢,杨晓康,杜晨,原张晓,魏芬绒,罗斌莉,王海. 世界有色金属. 2019(08)
[5]海洋桥梁工程轻质、高强、耐久性结构材料现状及发展趋势研究[J]. 吴智深,刘加平,邹德辉,汪昕,史健喆. 中国工程科学. 2019(03)
[6]固溶-时效热处理工艺对近β钛合金显微组织演化与力学性能的影响（英文）[J]. 武川,詹梅. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(05)
[7]工业环境混凝土结构耐久性修复研究现状[J]. 郭小华,于英俊,王玲,惠云玲. 工业建筑. 2019(01)
[8]舰船海水管路腐蚀与防护技术研究进展[J]. 信世堡. 装备环境工程. 2018(11)
[9]海洋环境下碳钢与船用钛合金的腐蚀行为研究[J]. 冯丽,蔡琦. 机械制造. 2018(08)
[10]TC18钛合金在海洋大气环境中的腐蚀行为研究[J]. 朱玉琴,苏艳,舒畅,舒德学. 装备环境工程. 2018(03)
博士论文
[1]高强度TiZrAl合金的制备及组织性能研究[D]. 蒋晓军.燕山大学 2015
硕士论文
[1]钛合金在NaCl溶液中的失效行为与机理[D]. 王硕.江苏科技大学 2018
本文编号：3600011
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