650~700℃短时用高温钛合金成分优化及组织性能研究

发布时间：2017-08-24 09:06

  本文关键词：650~700℃短时用高温钛合金成分优化及组织性能研究

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【摘要】：通过组织性能分析,对650~700℃短时用高温钛合金成分进行了优化,采用水冷铜坩埚真空感应熔炼炉(ISM)对优化的合金成分进行熔炼得到合金铸锭,并制备出短时用高温钛合金锻坯和板材。分析了铸态、锻态和轧态短时用高温钛合金的组织及力学性能,得到了如下研究结果。通过对原合金成分中Al、Zr、Si元素含量进行调整,采用电弧熔炼技术制备出的九种合金均为近α钛合金,铸态组织均为魏氏组织。九种合金室温压缩实验表明,随着合金中Al和Si含量的增加,合金强度呈上升趋势。九种合金在热变形过程中发生动态回复及再结晶,随着变形温度升高,应力峰值呈下降趋势。九种合金的高温抗氧化实验结果表明,九种合金在700℃氧化100h的氧化增重曲线近似符合直线-抛物线混合规律,合金表面氧化层主要由α-Ti和TiO2组成,随着合金中Al含量的增加,合金抗氧化性明显增强,元素Zr含量过高不利于提高合金的抗氧化性。综合分析认为Al含量6.4wt.%,Zr含量8.0wt.%,Si含量0.3wt.%的合金成分具有较好的强度、热变形及抗氧化性能,是九种合金中综合性能最好的合金成分。通过ISM技术制备的铸锭组织为魏氏组织,沿截面半径方向由中心向边缘,晶粒尺寸逐渐减小。铸态合金室温抗拉强度为929.3MPa,延伸率为0.45%。合金经950℃/1h+650℃/2h和980℃/1h+650℃/2h固溶时效处理后,晶粒内部的层片状α相长宽比减小,经1050℃/1h+650℃/2h固溶时效处理后合金组织为针状魏氏组织。高温锻造后合金组织得到了明显细化,合金组织以网篮组织为主。锻态合金室温抗拉强度为1140.8MPa,延伸率达到6.81%。在650℃和700℃均表现出良好的高温力学性能,抗拉强度分别为769.9MPa和631.4MPa,延伸率为8.94%和10.01%。在β转变点以下对锻态合金进行固溶处理,时效后合金呈网篮组织,并且随着固溶温度的升高,合金中初生α相逐渐减少。在β转变点以上对锻态合金进行固溶处理,时效后组织为针状魏氏组织。60%和70%变形量下热轧得到的的板材组织均为网篮组织。室温条件下沿轧向强度与塑性均高于横向,变形量70%板材的强度略低于变形量60%板材,但塑性高于60%板材。在β转变点以下对板材进行固溶处理,时效后60%和70%变形量的板材组织均为网篮组织,在β转变点以上对板材进行固溶处理,时效后显微组织呈双网篮状。
【关键词】：高温钛合金 显微组织 抗氧化性能 热加工 力学性能 热处理
【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
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题背景11
• 1.2 高温钛合金发展11-14
• 1.2.1 国外高温钛合金发展11-13
• 1.2.2 国内高温钛合金的发展13-14
• 1.3 高温钛合金组织及性能14-16
• 1.3.1 合金元素对高温钛合金性能的影响14-15
• 1.3.2 显微组织对高温钛合金性能的影响15-16
• 1.4 高温钛合金的热处理16-18
• 1.4.1 退火17
• 1.4.2 固溶和时效17-18
• 1.5 高温钛合金的抗氧化性及其影响因素18-19
• 1.5.1 高温钛合金的抗氧化性18
• 1.5.2 高温钛合金抗氧化性的影响因素18-19
• 1.6 高温钛合金的热加工19-20
• 1.7 600℃以上短时用高温钛合金的研究现状20-21
• 1.8 本课题研究意义及内容21-22
• 第2章 实验内容及方法22-26
• 2.1 实验材料的制备22-23
• 2.1.1 实验原材料22
• 2.1.2 铸锭的制备22-23
• 2.1.3 合金锻造工艺23
• 2.1.4 合金轧制工艺23
• 2.2 实验方法23-24
• 2.2.1 高温抗氧化实验23
• 2.2.2 材料热力模拟实验23-24
• 2.2.3 热处理工艺设计24
• 2.3 分析测试方法24-26
• 2.3.1 X射线荧光光谱分析(XRF)24
• 2.3.2 显微组织观察24-25
• 2.3.3 X射线衍射分析(XRD)25
• 2.3.4 电子背散射衍射分析(EBSD)25
• 2.3.5 材料拉伸性能测试25-26
• 第3章 短时用高温钛合金的成分优化26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 电弧熔炼短时用高温钛合金26-27
• 3.3 铸态短时用高温钛合金的组织及性能27-33
• 3.3.1 合金的相组成27-29
• 3.3.2 合金的显微组织分析29-31
• 3.3.3 合金的力学性能分析31-33
• 3.4 铸态短时用高温钛合金的抗氧化性能分析33-38
• 3.4.1 氧化动力学曲线34-35
• 3.4.2 氧化层表面相结构分析35
• 3.4.3 氧化层形貌特征分析35-37
• 3.4.4 氧化剖面特征分析37-38
• 3.5 铸态短时用高温钛合金的高温变形性能研究38-42
• 3.6 本章小结42-44
• 第4章 铸态短时用高温钛合金组织与力学性能研究44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 ISM熔炼短时用高温钛合金44-45
• 4.3 铸态短时用高温钛合金组织及力学性能45-48
• 4.3.1 合金的相组成及显微组织分析45-47
• 4.3.2 合金组织的EBSD分析47-48
• 4.3.3 合金的力学性能分析48
• 4.4 热处理对铸态合金组织及力学性能的影响48-53
• 4.4.1 (α+β)/β 相变温度的计算48-49
• 4.4.2 热处理对铸态短时用高温钛合金组织的影响49-51
• 4.4.3 热处理后铸态短时用高温钛合金力学性能分析51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 锻态短时用高温钛合金组织与力学性能研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 锻造工艺54-55
• 5.3 锻态短时用高温钛合金组织及力学性能55-61
• 5.3.1 合金的相组成55-56
• 5.3.2 合金的显微组织分析56-58
• 5.3.3 合金组织的EBSD分析58-59
• 5.3.4 合金的力学性能分析59-61
• 5.4 热处理对锻态短时用高温钛合金组织的影响61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第6章 短时用高温钛合金板材组织与力学性能研究64-78
• 6.1 引言64
• 6.2 板材的轧制工艺64-65
• 6.3 短时用高温钛合金板材组织及力学性能65-74
• 6.3.1 合金的相组成及显微组织分析65-68
• 6.3.2 合金组织的EBSD分析68-69
• 6.3.3 合金的力学性能分析69-74
• 6.4 热处理对轧态短时用高温钛合金组织的影响74-77
• 6.5 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

【参考文献】

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本文编号：730388