脉冲电流及时效处理对不同初始态TC4钛合金组织及性能的影响
发布时间：2021-08-10 21:21
钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强和机械性能好等优良特性,被广泛的应用在航天航空等高技术领域。然而中国航空用钛合金的研究起步较晚,长期主要依靠进口来维持航空工业的生产需求,随着国产钛合金工业生产的快速发展,实现钛合金强韧化是当前要解决的重大问题。传统热处理由于存在温度过高和保温时间过长导致晶粒粗化的问题,无法实现钛合金的超高强韧化。高密度脉冲电流处理工艺具有升温速度快、脉冲处理时间短和节约能源等优点,在阻碍裂纹扩展、促进再结晶和相变等众多方面效果显著。因此,本文以不同初始态TC4钛合金为研究对象,采用脉冲电流处理与传统热处理相结合的工艺来提高合金的抗拉强度和塑性,并分析了脉冲电流及时效处理对不同初始态TC4钛合金组织及性能的影响,探索出一种获得高强度TC4钛合金的新型热处理工艺方法,本文主要研究结果如下:（1）通过对轧制退火态TC4钛合金进行不同温度的固溶处理,获得等轴组织和双态组织,随着固溶温度的升高,初生α相向β相转变的比例逐渐增加,初生α相的体积分数减少。（2）随着固溶温度的升高,TC4钛合金的抗拉强度提高,延伸率增加。850 ℃固溶态、900 ℃...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
密排六方晶胞α钛合金的滑移面和滑移方向示意图
吉林大学硕士学位论文6稳定性、耐高温性以及焊接性能。然而α型钛合金对于热处理工艺并不敏感，所以很难通过热处理的方式改变微观组织类型来提高材料的力学性能，α型钛合金属于中等强度钛合金。常见的典型α型钛合金为工业纯钛和Ti-5Al-2.5Sn。图1.2合金元素对钛合金相图的影响[29]Fig.1.2Effectofalloyingelementsontitaniumalloyphasediagramα+β型钛合金中同时包含α稳定元素和β稳定元素，使得钛合金中α相和β相均得到了强化，所以α+β型钛合金具有良好的综合性能，室温下，α+β型钛合金抗拉强度高于α钛合金抗拉强度，而且可以采用热处理的方式进行加工来提高合金抗拉强度，以获得良好的热加工工艺性能，适用于航空紧固件等，但是α+β型钛合金的耐热性和焊接性较差，一般使用温度不超过500℃。常用的α+β型钛合金主要有TC4、TC6和TC11等。退火状态下β型钛合金基本全部为β相组织，如图1.2(b,c)所示。当温度升高至β单相区时，快速水冷并不发生马氏体相变。目前β型钛合金在整个市场中的应用很少，一般应用在耐腐蚀材料和阻燃材料中。例如：Ti-32Mo具有良好的耐腐蚀性，因此可用作化工设备的零件，延长设备的使用寿命；Ti40合金具备优良的耐高温性能，所以该合金可长期在500℃温度左右环境中进行工作。1.2.3钛合金显微组织对性能的影响钛合金的显微组织形态主要取决于合金的化学成分、热处理工艺以及变形加工工艺[33-35]，钛合金显微组织对性能的影响如表1.3所示[36]。不同的热处理工艺使得钛合金中
第1章绪论9亚稳定相能够分解成稳定相，实现强化的目的，一般时效的温度为450℃~550℃。钛合金的化学性质活泼，暴露在空气中会与空气中的H2O形成氧化物，在热处理时，与空气中的O2发生反应，在试样的表面形成一层致密的氧化物薄膜，同时也容易和H2发生吸氢反应，引起氢脆，降低合金性能。传统钛合金的使用温度范围一般不超过550℃，因为当温度低于550℃时，形成的氧化膜扩散速率较低，阻碍合金发生氧化，避免了合金性能产生损耗。在实验研究中，通常在热处理的过程中加入惰性气体进行气氛保护，防止钛合金在热处理的过程中发生氧化损害性能。为提高合金性能，通常采用形变热处理，形变热处理是将变形压力与热处理结合在一起，从而获得单一强化方式不能获得的组织与性能。常见的形变热处理如图1.3所示(图中数字1表示加热，2表示水冷，3表示时效，4表示高或者低温形变，tβ表示β相变点，t再表示再结晶温度)。其中高温形变热处理是加热到再结晶温度以上变形后迅速水冷，再进行时效热处理；低温形变热处理则是低于再结晶温度进行变形，随后进行时效处理。钛合金表面摩擦系数大，耐磨性差，当与其它金属接触发生摩擦的时候容易在表面形成黏结，从而产生摩擦腐蚀。为改善钛合金的耐磨性和耐腐蚀性，可以在表面采用电镀、喷涂、渗氮和渗氧等方法进行化学热处理[41]。渗氮可明显改善钛合金的耐磨性；渗氧则可使钛合金的耐腐蚀性提高近10倍，但是钛合金的塑性和疲劳强度会稍有损伤。图1.3钛合金形变热处理工艺流程图[29](a)高温形变热处理，(b)低温形变热处理Fig.1.3Processflowchartoftitaniumalloydeformationheattreatment(a)Hightemperaturedeformationheattreatment,(b)Lowtemperaturedeformationheattreatment
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空紧固件用钛合金材料发展现状[J]. 董瑞峰,李金山,唐斌,孙智刚,寇宏超. 航空制造技术. 2018(04)
[2]激光修复TC4钛合金显微组织与力学性能（英文）[J]. 赵庄,陈静,谭华,赵小林,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2017(07)
[3]矩形横截面导体内衰减振荡电流脉冲的趋肤效应[J]. 潘龙,陶定峰,何闻,顾邦平. 浙江大学学报(工学版). 2016(04)
[4]热处理对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响[J]. 刘婉颖,朱毅科,林元华,邵登全,施太和,吴俊杰. 材料导报. 2013(18)
[5]超高强度钛合金研究进展[J]. 商国强,朱知寿,常辉,王新南,寇宏超,李金山. 稀有金属. 2011(02)
[6]航空紧固件用钛合金的研究进展[J]. 赵庆云,徐锋. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[7]β钛合金强化的技术途径[J]. 吴华,李长亮,曲恒磊,叶红川. 热加工工艺. 2010(18)
[8]电致塑性效应及其工程应用[J]. 王建国,顾廷权,唐成龙. 世界钢铁. 2009(06)
[9]钛合金研究新进展及应用现状[J]. 訾群. 钛工业进展. 2008(02)
[10]镁合金丝材的电致塑性拉拔研究[J]. 田昊洋,唐国翌,丁飞,徐卓辉,姜雁斌. 有色金属. 2007(02)
博士论文
[1]新型高强β钛合金的热处理和微合金化以及高温变形行为研究[D]. 杜赵新.哈尔滨工业大学 2014
[2]脉冲电流对模具钢热影响区组织、力学性能和热疲劳行为的影响[D]. 林化强.吉林大学 2009
硕士论文
[1]氢处理对TC4钛合金组织性能和热变形行为的影响[D]. 史楠楠.哈尔滨工业大学 2013
[2]电脉冲对AZ31镁合金冲压性能和腐蚀性能的影响[D]. 王少楠.清华大学 2009
本文编号：3334800
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
密排六方晶胞α钛合金的滑移面和滑移方向示意图
吉林大学硕士学位论文6稳定性、耐高温性以及焊接性能。然而α型钛合金对于热处理工艺并不敏感，所以很难通过热处理的方式改变微观组织类型来提高材料的力学性能，α型钛合金属于中等强度钛合金。常见的典型α型钛合金为工业纯钛和Ti-5Al-2.5Sn。图1.2合金元素对钛合金相图的影响[29]Fig.1.2Effectofalloyingelementsontitaniumalloyphasediagramα+β型钛合金中同时包含α稳定元素和β稳定元素，使得钛合金中α相和β相均得到了强化，所以α+β型钛合金具有良好的综合性能，室温下，α+β型钛合金抗拉强度高于α钛合金抗拉强度，而且可以采用热处理的方式进行加工来提高合金抗拉强度，以获得良好的热加工工艺性能，适用于航空紧固件等，但是α+β型钛合金的耐热性和焊接性较差，一般使用温度不超过500℃。常用的α+β型钛合金主要有TC4、TC6和TC11等。退火状态下β型钛合金基本全部为β相组织，如图1.2(b,c)所示。当温度升高至β单相区时，快速水冷并不发生马氏体相变。目前β型钛合金在整个市场中的应用很少，一般应用在耐腐蚀材料和阻燃材料中。例如：Ti-32Mo具有良好的耐腐蚀性，因此可用作化工设备的零件，延长设备的使用寿命；Ti40合金具备优良的耐高温性能，所以该合金可长期在500℃温度左右环境中进行工作。1.2.3钛合金显微组织对性能的影响钛合金的显微组织形态主要取决于合金的化学成分、热处理工艺以及变形加工工艺[33-35]，钛合金显微组织对性能的影响如表1.3所示[36]。不同的热处理工艺使得钛合金中
第1章绪论9亚稳定相能够分解成稳定相，实现强化的目的，一般时效的温度为450℃~550℃。钛合金的化学性质活泼，暴露在空气中会与空气中的H2O形成氧化物，在热处理时，与空气中的O2发生反应，在试样的表面形成一层致密的氧化物薄膜，同时也容易和H2发生吸氢反应，引起氢脆，降低合金性能。传统钛合金的使用温度范围一般不超过550℃，因为当温度低于550℃时，形成的氧化膜扩散速率较低，阻碍合金发生氧化，避免了合金性能产生损耗。在实验研究中，通常在热处理的过程中加入惰性气体进行气氛保护，防止钛合金在热处理的过程中发生氧化损害性能。为提高合金性能，通常采用形变热处理，形变热处理是将变形压力与热处理结合在一起，从而获得单一强化方式不能获得的组织与性能。常见的形变热处理如图1.3所示(图中数字1表示加热，2表示水冷，3表示时效，4表示高或者低温形变，tβ表示β相变点，t再表示再结晶温度)。其中高温形变热处理是加热到再结晶温度以上变形后迅速水冷，再进行时效热处理；低温形变热处理则是低于再结晶温度进行变形，随后进行时效处理。钛合金表面摩擦系数大，耐磨性差，当与其它金属接触发生摩擦的时候容易在表面形成黏结，从而产生摩擦腐蚀。为改善钛合金的耐磨性和耐腐蚀性，可以在表面采用电镀、喷涂、渗氮和渗氧等方法进行化学热处理[41]。渗氮可明显改善钛合金的耐磨性；渗氧则可使钛合金的耐腐蚀性提高近10倍，但是钛合金的塑性和疲劳强度会稍有损伤。图1.3钛合金形变热处理工艺流程图[29](a)高温形变热处理，(b)低温形变热处理Fig.1.3Processflowchartoftitaniumalloydeformationheattreatment(a)Hightemperaturedeformationheattreatment,(b)Lowtemperaturedeformationheattreatment
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空紧固件用钛合金材料发展现状[J]. 董瑞峰,李金山,唐斌,孙智刚,寇宏超. 航空制造技术. 2018(04)
[2]激光修复TC4钛合金显微组织与力学性能（英文）[J]. 赵庄,陈静,谭华,赵小林,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2017(07)
[3]矩形横截面导体内衰减振荡电流脉冲的趋肤效应[J]. 潘龙,陶定峰,何闻,顾邦平. 浙江大学学报(工学版). 2016(04)
[4]热处理对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响[J]. 刘婉颖,朱毅科,林元华,邵登全,施太和,吴俊杰. 材料导报. 2013(18)
[5]超高强度钛合金研究进展[J]. 商国强,朱知寿,常辉,王新南,寇宏超,李金山. 稀有金属. 2011(02)
[6]航空紧固件用钛合金的研究进展[J]. 赵庆云,徐锋. 中国有色金属学报. 2010(S1)
[7]β钛合金强化的技术途径[J]. 吴华,李长亮,曲恒磊,叶红川. 热加工工艺. 2010(18)
[8]电致塑性效应及其工程应用[J]. 王建国,顾廷权,唐成龙. 世界钢铁. 2009(06)
[9]钛合金研究新进展及应用现状[J]. 訾群. 钛工业进展. 2008(02)
[10]镁合金丝材的电致塑性拉拔研究[J]. 田昊洋,唐国翌,丁飞,徐卓辉,姜雁斌. 有色金属. 2007(02)
博士论文
[1]新型高强β钛合金的热处理和微合金化以及高温变形行为研究[D]. 杜赵新.哈尔滨工业大学 2014
[2]脉冲电流对模具钢热影响区组织、力学性能和热疲劳行为的影响[D]. 林化强.吉林大学 2009
硕士论文
[1]氢处理对TC4钛合金组织性能和热变形行为的影响[D]. 史楠楠.哈尔滨工业大学 2013
[2]电脉冲对AZ31镁合金冲压性能和腐蚀性能的影响[D]. 王少楠.清华大学 2009
本文编号：3334800
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