含碳Ti-Fe基合金的组织性能研究

发布时间：2017-11-21 16:02

  本文关键词：含碳Ti-Fe基合金的组织性能研究

  更多相关文章： Ti-Fe合金 微合金化 力学性能 微观组织

【摘要】：近年来,钛合金的低成本化已成为国内外钛工业领域研究的重要方向。已有报道表明,Ti65Fe35合金的室温压缩屈服强度为1800MPa,最大强度达到了2220MPa,塑性应变达6.7%;合金中TiFe相分布于具有韧性的过饱和β-Ti的基体中,这种硬质相弥散分布在韧性基体中的结构,使得合金兼具高强度、高弹性模量以及良好的塑性。本文以Ti-Fe合金为对象,以进一步提高其强度及塑性为目标,通过加入微量C元素,制备了Ti-Fe、Ti-Fe-C、Ti-Al-Fe以及Ti-Al-Fe-C等一系列合金,研究了合金在铸态、热轧态等条件下的组织与力学性能。实验中用真空非自耗电弧熔炼炉制备了合金,用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜,X射线衍射仪,差示扫描量热仪等分析设备,分别对其金相显微组织、断口形貌、相组成,热物性与凝固行为进行分析,并利用INSTRON-5982万能力学试验机、硬度计对合金进行力学性能测试。首先,用高纯钛和高纯铁制备了Ti100-xFex(x=10,15,20,25,30,35,40)等一系列合金。结果表明,过共晶Ti60Fe40和Ti65Fe35、共晶Ti70.5Fe29.5、亚共晶Ti75Fe25均由有序结构的TiFe相以及无序结构的β-Ti固溶体组成;Ti80Fe20、Ti85Fe15以及Ti90Fe10等近共析合金均由β-Ti固溶体为主要组成相,Ti80Fe20的晶粒呈取向性的粗大枝晶,Ti85Fe15以及Ti90Fe10中的晶粒呈等轴状,合金的屈服强度随着Fe含量的减少而减少,同时塑性也随着Fe含量的减少而增加。Ti-Fe二元合金的硬度随着Fe含量的增加而增加。其次,研究了C的加入对Ti100-xFex(x=10,15,20,25,30,35,40)合金的组织和性能的影响。在铸态Ti80(Fe97.45C2.55)20、Ti85(Fe97.45C2.55)15以及Ti90(Fe97.45C2.55)10合金中可观察到在β-Ti相基体上均匀分布的长宽分别约5-20μm和0.5μm的长条状TiFe相组织。从Ti65Fe35与Ti65(Fe97.45C2.55)35的室温压缩曲线比较,在向Ti65Fe35中加入少量的C之后,其屈服强度由1768MPa下降为1585MPa,但是塑性应变由0.7%增加至10.7%,其单轴抗压强度由1906MPa增加至2751MPa。比较Ti80Fe20与Ti80(Fe97.45C2.55)20的室温压缩曲线,其屈服强度由1684MPa提升至1755MPa,塑性提升尤为明显,从2.1%提升至24.5%。对Ti90(Fe97.45C2.55)10进行900℃热轧然后水淬,其拉伸强度可达1212MPa,其延伸率为7%,对其拉伸断口进行分析,发现一定数量的韧窝,说明其具有一定的塑性。最后,制备了名义成分为Ti-6Al-4Fe、Ti-6Al-4Fe-0.02C、Ti-3Al-10Fe以及Ti-3Al-10Fe-0.06C合金,这四种合金经过900℃热轧水淬,在Ti-6Al-4Fe及Ti-6Al-4Fe-0.02C中均发现有片层结构的?相,Ti-6Al-4Fe-0.02C中这种片层结构的?相分布更加均匀,在Ti-3Al-10Fe及Ti-3Al-10Fe-0.06C中仅含有?相,C元素的加入使得Ti-3Al-10Fe-0.06C晶粒中分布着片层的?-Ti,微量C元素的加入均使得合金的拉伸性能有所提升。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23

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