Cr、Nd元素对粉末冶金钛合金组织与性能的影响研究

发布时间：2017-10-22 14:03

  本文关键词：Cr、Nd元素对粉末冶金钛合金组织与性能的影响研究

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【摘要】：钛合金因具有密度小,比强度高、工作温度范围广等优点,在军用和民用上都得到了广泛应用。例如在航空航天中,对钛合金材料的性能需求日益苛刻,要求其具有较好的室温力学性能、高温力学性能、蠕变性、抗氧化性等,这就需要我们对钛合金的性能进行提升。本文对钛合金中加入Cr、Nd元素进行研究,目的是在保持原良好性能的前提下,更进一步提高其室温抗拉强度及延伸率。其中稀土元素作为一种重要的添加剂,能够吸收基体材料中的氧、碳、氮等杂质元素同时净化晶界,细化组织,可以有效提高材料的性能。本文通过致密度分析、金相分析、断口分析、XRD分析、SEM分析、TEM分析等方法,对冷等静压(CIP)+真空烧结法制备(简称CIP法)的含Cr、Nd元素的Ti-6Al-4V合金进行研究。在混料和制样时,采用Ar气保护加入单质Cr与Nd元素的方法。首先对TC4合金中加入1%-4%Cr元素(质量分数),研究不同含量的Cr元素对TC4合金的影响,目的是让合金在原TC4的抗拉强度上得到提高。其次,在不同固溶温度、时效温度对合金进行热处理,选择合适的热处理工艺并对热处理后的合金进行微观分析。最后在Ti-6Al-4V-2Cr中加入稀土Nd元素,在热处理后,研究Nd元素对合金组份的影响并对组织细化效果进行讨论,通过高分辨透射电子显微镜对析出物进行分析。结果表明:冷等静压280MPa保压30分钟再真空烧结制备的钛合金组织较致密,并未发现有明显的成分偏析情况。加入Cr元素后,随Cr元素含量的升高,合金的抗拉强度明显升高,而延伸率逐渐下降,由于本研究的目的是为了提高材料的延伸率并兼顾抗拉强度,故选择Cr的加入量为2%(质量分数),此时抗拉强度比未加入Cr元素时增强6.7%,抗压强度为和延伸率分基本保持不变。在热处理试验中发现,随着固溶温度的升高,合金的抗拉强度和延伸率呈现先上升后下降趋势,在920℃时达到最高;在时效中,随温度从460℃开始上升,合金抗拉强度明显下降,但延伸率升高,结合本试验的目的,得出合适的热处理工艺为:固溶920℃×50min(WQ)+时效460℃×8h(WQ),此时抗拉强度提高9.07%,延伸率基本保持不变。并在热处理后的微观分析中未发现Cr与Ti共析反应生成的硬脆Ti Cr2相。稀土元素加入后,采用二维错配度理论对细化进行计算,证实Nd元素对合金晶粒细化效果十分明显。通过力学性能测试,当稀土Nd元素加入量为1%时,合金强化效果最好,合金在室温下的抗拉强度及延伸率分别提升10.7%和49.1%,此时合金主要析出相为Nd2O3,观察析出物形貌,为椭球形,相界面接触稳定。II本研究采用粉末冶金方法制备钛合金,可以提高合金的利用率并降低成本,并加入合金元素增强,提高了其抗拉强度与延伸率,提高合金的性能,可以使钛合金在今后拥有更广泛的应用。
【关键词】：钛合金 固溶时效 抗拉强度 稀土元素 细化晶粒 错配度
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 前言9
• 1.2 钛合金概述9-13
• 1.2.1 钛合金的性能及应用现状9-10
• 1.2.2 钛合金的分类10-11
• 1.2.3 α+β 型钛合金的性能及组织形貌11-13
• 1.3 钛合金的粉末冶金制备13-14
• 1.4 合金元素在钛合金中的应用14-15
• 1.4.1 Al、V元素在钛合金中的应用14-15
• 1.4.2 Cr、Nd元素在钛合金的应用15
• 1.5 粉末冶金钛合金添加合金元素有待解决的问题15-16
• 1.6 本文研究的主要内容16-17
• 第二章 试验内容及研究方法17-22
• 2.1 工艺路线17-18
• 2.2 主要设备18
• 2.3 原料的选取18-19
• 2.4 分析手段及方法19-22
• 2.4.1 密度检测19-20
• 2.4.2 样品制备及金相观察20
• 2.4.3 力学性能测试20-21
• 2.4.4 扫描电镜（SEM）观察21
• 2.4.5 透射电镜（TEM）观察21
• 2.4.6 XRD物相分析21
• 2.4.7 电脑软件图像分析21-22
• 第三章 不同Cr含量对合金的组织性能的研究22-30
• 3.1 引言22
• 3.2 合金元素Cr对钛合金组织的影响22-25
• 3.2.1 合金元素Cr对钛合金致密度的影响22-24
• 3.2.2 合金元素Cr对钛合金微观组织的影响24-25
• 3.3 合金元素Cr对钛合金力学性能的影响25-28
• 3.3.1 Cr元素对TC4合金拉伸性能的影响25-27
• 3.3.2 Cr元素对Ti-6Al-4V合金压缩性能的影响27-28
• 3.4 本章小结28-30
• 第四章 热处理对Ti-6Al-4V-2Cr组织与性能的影响30-38
• 4.1 引言30
• 4.2 热处理工艺30
• 4.3 不同固溶时效温度对Ti-6Al-4V-2Cr组织与性能的影响30-33
• 4.3.1 对不同固溶温度Ti-6Al-4V-2Cr微观组织分析30-32
• 4.3.2 固溶温度对合金的力学性能影响32-33
• 4.4 不同时效温度对Ti-6Al-4V-2Cr组织与性能的影响33-35
• 4.4.1 对不同时效温度Ti-6Al-4V-2Cr微观组织分析33-34
• 4.4.2 时效温度对合金的力学性能影响34-35
• 4.5 拉伸断口形貌分析35
• 4.6 透射电镜下对Ti-6Al-4V-2Cr物相的分析35-37
• 4.7 本章小结37-38
• 第五章 加入Nd元素对Ti-6Al-4V-2Cr的影响38-54
• 5.1 引言38
• 5.2 固溶时效态Ti-6Al-4V-2Cr-x Nd组织与性能的研究38-42
• 5.2.1 对Ti-6Al-4V-2Cr-x Nd组织成分分析38-40
• 5.2.2 对Ti-6Al-4V-2Cr-x Nd力学性能分析40-41
• 5.2.3 对Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd成分分析41-42
• 5.3 稀土Nd元素对合金组织细化的研究42-47
• 5.3.1 稀土Nd元素对合金组织细化效果的分析42-43
• 5.3.2 对合金细化成核理论的研究43-44
• 5.3.3 通过二维错配度理论对合金细化进行研究44-47
• 5.4 透射电镜分析47-52
• 5.4.1 透射电镜对Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd析出相分析47-48
• 5.4.2 对析出物与基体的HRTEM分析48-52
• 5.5 本章小结52-54
• 第六章 结论54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士学位期间的研究成果61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 汤慧萍,黄伯云,刘咏,欧阳洪武;粉末冶金钛合金致密化研究的进展[J];稀有金属材料与工程;2003年09期

2 赵永庆;高温钛合金研究[J];钛工业进展;2001年01期

3 周伟;葛鹏;卢亚峰;李倩;卢金文;常江;;一种新型近β钛合金热处理过程中晶粒长大规律研究[J];钛工业进展;2012年05期

4 赵永庆;;我国钛合金的研制与发展[J];新材料产业;2007年10期

5 肖代红;杨宝刚;申婷婷;袁铁锤;贺跃辉;王守仁;;Mo、V和Ag对粉末冶金Ti-5Al合金组织与力学性能的影响[J];中国有色金属学报;2011年06期

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本文编号：1078645