高强高韧Ti-Al-Fe-V-Cr-Zr合金显微组织与性能研究

发布时间：2018-08-17 17:10

【摘要】：随着航空航天领域对于高强高韧钛合金材料的综合性能需求日益增多,研制新型的具有较高强度和断裂韧性的钛合金成为一种趋势。本文在Ti-1023、Timeta1555和VT22合金的基础上,通过d-电子合金设计理论,控制合金的[Mo]eq的基础上,设计了一种新的高强高韧近β钛合金,其名义成分为Ti-3Al-4.5Cr-1Fe-4V-1Zr。本文通过采用不同的热处理制度对合金的强度、塑性、断裂韧性进行了系统的研究,采用OM、 SEM、TEM等技术对材料的显微组织进行了分析,得到的结果如下：合金的相变点Tβ=815℃±5℃,合金在两相区固溶空冷后组织主要由初生α相和p相组成,随着固溶温度的升高,组织中的αp相的体积分数减小,合金的硬度和强度升高,塑性下降；在相变点以上固溶空冷时,αp相全部消失,得到了由仅由p相组成的等轴组织,合金的塑性很差,导致这种现象的原因是合金中析出了大量均匀分布在β相基体的ωo相。合金两相区固溶时效后的显微组织由αp相、αs相和亚稳定β基体组成,相同的时效条件下,随着两相区固溶温度的升高,αs相的长宽比和体积分数增加,单一片层αs相片层厚度减小,合金的强度升高,塑性降低；相同固溶条件下,随时效温度的升高,αs相体积分数减小,单一αs相片层厚度增加,合金的强度下降,塑性升高：随时效时间的延长,αs相粗化,但并不明显,合金的强度降低,塑性升高。单相区固溶时效条件下,合金的显微组织主要由αs相和残留的亚稳定p相组成,其中αs相在β相的晶粒内部和晶界处析出,呈现“点状析出”,单相区固溶时效的合金的强度都较高,但塑性较差。合金在500℃时效过程中析出了一种脆性相,此脆性相的析出导致合金塑性变差,合金在500℃时效的试样中发现了异常的衍射斑点,证明了析出相的存在,根据合金成分采用Pandat软件计算的相图表明合金在此种情况下的析出相可能是TiFe、TiFe2、 TiCr、TiCr2等相,由于析出相体积分数很小,实验的不确定性等因素,析出相的确定还需进一步分析。合金经过优选的热处理制度后的抗拉强度为1048-1273MPa,在不同强度等级下的KIc范围为83.8-99.8MPa-m1/2。此外,合金在790℃/1h/AC+550℃/2h/AC处理后的性能为：Rm=1273MPa,Rp0.2=1184 MPa·m1/2, A=11%, Z=30.5%, KIC=83.8MPa·m1/2,新合金经过合理的工艺制度后获得了良好的强度-塑性-断裂韧性匹配。
[Abstract]:With the increasing demand for the comprehensive properties of high strength and high toughness titanium alloys in aerospace field, it has become a trend to develop new titanium alloys with high strength and fracture toughness. A new high strength and high toughness near 尾 titanium alloy, Ti-3Al-4.5Cr-1Fe-4V-1Zr, has been designed on the basis of Ti-1023T Timeta1555 and VT22 alloy, and based on the design theory of d- electronic alloy and the control of [Mo] eq of the alloy. In this paper, the strength, plasticity and fracture toughness of the alloy were systematically studied by using different heat treatment systems. The microstructure of the alloy was analyzed by means of OM, SEM Tem and other techniques. The results are as follows: the transformation point of the alloy is 815 鈩，

本文编号：2188327