TC11钛合金等温相变行为及强韧化热处理工艺

发布时间：2017-06-23 16:03

  本文关键词：TC11钛合金等温相变行为及强韧化热处理工艺，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TC11钛合金作为α+β型高温钛合金,可在500℃下长期使用,具有良好的热强性,几乎应用于所有型号的航空发动机。α+β型钛合金在实际热加工过程中极易产生粗大的片状魏氏组织,综合性能差,限制了其服役性能。对合金进行相图热力学计算,发现500℃以上,α相开始向β相转变,但转变速率很慢,700℃以上转变速率加快,计算得到两相达热力学平衡时所对应的温度为994℃,从而确定了α→β相变的温度区间,为热处理工艺制定过程中温度的选择提供参考依据。合金在700℃以上、相变点以下进行等温相变实验,得到700℃、800℃、900℃、950℃下相转变达到平衡的时间分别为180 min、150 min、90 min、40min,并基于Avrami方程建立了不同温度下α→β等温转变动力学模型,为热处理工艺制定过程中时间的选择提供依据。依据热力学与动力学研究结果,对合金进行单重热处理,发现无法根本改变规则排列、取向一致的α片层,但可使组织在一定程度上碎化,单重热处理可提高合金的强度,但降低其塑韧性。对合金进行双重热处理,得到T1、t1、T2、t2四个变量对组织的影响,双重热处理可改善合金各项力学性能,995℃/60min/WQ+980℃/60min/AC为最优工艺。合金经5次循环热处理后,室温综合性能最佳。原始态合金的高温拉伸力学性能:200-300℃时韧性最佳,600℃时塑性最好,400℃下塑性最差。200-600℃变形过程中,随应变量增加,加工硬化指数减小,合金的加工硬化行为可采用修正后的Ludwik模型进行表达,与Holloman关系中n值相当的加工硬化指数随温度的升高逐渐增加,这是由于温度高使合金中β相的含量增多,导致合金的均匀塑性变形能力增强。原始态合金在试验温度范围内进行热变形,软化机制为动态回复。不同热处理态合金在500℃下的高温拉伸性能:单重热处理后,合金强度提高最大,塑性降低,综合性能下降;双重热处理后,合金强度提高较大,塑性有所提高,综合性能提高较大;循环热处理后,合金强度有所提高,对塑韧性提高最明显,综合性能的提高最大。热处理态合金在500℃下,随应变量增加,加工硬化指数减小,其加工硬化行为符合修正后的Ludwik模型。随热处理步骤增多、时间延长,均匀塑性变形能力增强,这与β相含量的增加有关。500℃下热处理态合金的热变形软化机制为动态回复,且随热处理步骤增多、时间延长,动态回复的临界应变值逐渐减小。
【关键词】：TC11钛合金 等温相变 热处理 显微组织 热变形本构方程
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-29
• 1.1 引言10-11
• 1.2 高温钛合金11-13
• 1.3 钛合金相变热力学与动力学13-18
• 1.3.1 相图计算的热力学模型14-15
• 1.3.2 相图计算常用软件15-16
• 1.3.3 等温相变动力学16-18
• 1.4 钛合金的热处理工艺与组织调控18-21
• 1.5 钛合金的高温变形行为21-27
• 1.5.1 高温力学行为21-23
• 1.5.2 热变形过程中的软化机制23
• 1.5.3 高温本构模型23-27
• 1.6 本文研究目的和主要内容27-29
• 第2章 试验材料与研究方法29-36
• 2.1 试验材料29
• 2.2 相变热力学计算与测试29-30
• 2.2.1 相图热力学计算29
• 2.2.2 相变点测定29-30
• 2.2.3 相变动力学模型30
• 2.3 热处理试验30
• 2.4 组织观察与分析30-32
• 2.4.1 金相组织观察30-31
• 2.4.2 XRD物相分析31
• 2.4.3 扫描与能谱分析31
• 2.4.4 透射电镜分析31
• 2.4.5 电子背散射衍射分析31-32
• 2.4.6 显微组织定量分析32
• 2.5 力学行为与模型32-36
• 2.5.1 室温拉伸性能测试32-33
• 2.5.2 高温拉伸性能测试33
• 2.5.3 显微硬度测试33-34
• 2.5.4 冲击韧性测试34
• 2.5.5 热变形本构模型34-36
• 第3章 原始态TC11钛合金的组织与性能36-46
• 3.1 原始组织表征36-40
• 3.2 室温拉伸力学行为40-41
• 3.2.1 室温拉伸性能40
• 3.2.2 加工硬化行为40-41
• 3.3 β 相变点测定41-45
• 3.3.1 等轴化预处理41-43
• 3.3.2 相变点测定43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 TC11钛合金等温相变热力学与动力学研究46-65
• 4.1 相图热力学计算46-49
• 4.1.1 温度对各相吉布斯自由能的影响46-47
• 4.1.2 温度对各相比例的影响47-48
• 4.1.3 温度对各相成分的影响48-49
• 4.2 等温相变动力学研究49-64
• 4.2.1 700℃下合金的等温相变行为50-53
• 4.2.2 800℃下合金的等温相变行为53-55
• 4.2.3 900℃下合金的等温相变行为55-58
• 4.2.4 950℃下合金的等温相变行为58-60
• 4.2.5 等温相变动力学模型60-64
• 4.3 本章小结64-65
• 第5章 TC11钛合金热处理工艺设计与组织控制65-84
• 5.1 单重热处理工艺设计与组织性能表征65-67
• 5.2 双重热处理工艺设计与组织表征67-74
• 5.2.1 一次热处理温度对组织的影响67-69
• 5.2.2 一次热处理时间对组织的影响69-71
• 5.2.3 二次热处理温度对组织的影响71-72
• 5.2.4 二次热处理时间对组织的影响72-74
• 5.3 双重热处理态力学性能与工艺优化74-80
• 5.3.1 双重热处理优化工艺设计与组织表征74-78
• 5.3.2 力学性能表征及优化工艺78-80
• 5.4 循环热处理工艺设计与组织性能表征80-82
• 5.5 不同热处理方式对合金室温性能的影响82
• 5.6 本章小结82-84
• 第6章 TC11钛合金的高温拉伸行为与性能指标84-101
• 6.1 原始态合金高温拉伸行为84-88
• 6.2 原始态合金热变形本构模型88-94
• 6.2.1 高温加工硬化行为88-91
• 6.2.2 高温变形过程中的软化机制91-92
• 6.2.3 高温拉伸本构方程92-94
• 6.3 不同热处理方式对合金高温性能的影响94-96
• 6.4 热处理态合金的热变形本构模型96-99
• 6.4.1 高温加工硬化行为96-98
• 6.4.2 高温变形过程中的软化机制98-99
• 6.4.3 高温拉伸本构方程99
• 6.5 本章小结99-101
• 结论101-103
• 参考文献103-108
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果108-110
• 致谢110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 陈玉勇;陈艳飞;田竟;孔凡涛;肖树龙;徐丽娟;;TiAl基合金熔模精密铸造技术的发展现状[J];稀有金属材料与工程;2009年03期

2 赵永庆,奚正平,曲恒磊;我国航空用钛合金材料研究现状[J];航空材料学报;2003年S1期

3 史廷春;陈森灿;;TC4钛合金高温本构方程的数据拟合[J];金属成形工艺;1999年01期

4 张荣华;;Ti-6Al-4V合金中β_1→α+β_2相变动力学研究[J];金属热处理;2014年07期

5 赵永庆;高温钛合金研究[J];钛工业进展;2001年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 金明月;细晶TC4钛合金高温拉伸变形行为研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

2 江想莲;TC11钛合金热变形行为及其组织演变规律的研究[D];东北大学;2011年

  本文关键词：TC11钛合金等温相变行为及强韧化热处理工艺，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：475541