氢对钛合金铸件界面层组织及成分的影响

发布时间：2017-09-14 05:37

  本文关键词：氢对钛合金铸件界面层组织及成分的影响

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【摘要】：在钛合金熔模铸造过程中由于钛合金熔体化学性质活泼,易于模壳之间发生界面反应。而钛合金置氢能够细化显微组织,降低合金熔体中氧元素含量,有研究表明氢能够抑制钛合金熔体与石墨模壳之间的界面反应,所以本文中对钛合金铸件进行热氢处理,并在实验室条件下研究含氢环境中钛合金与Al2O3陶瓷模壳之间的界面反应,研究了氢对钛合金与Al2O3陶瓷模壳之间界面层组织、成分及显微硬度的影响,分析了氢抑制界面反应的原因。研究结果表明:对TC4合金铸件进行热氢处理后,界面层中氧元素含量及界面层表面处的显微硬度降低,显微组织细化,并且热氢处理温度越高以及环境中氢气压力越高,界面层中氧含量及显微硬度降低越明显,显微组织也被进一步细化。通过对比不同氢分压下界面层中各元素含量的变化趋势以及显微硬度的变化趋势,发现液态置氢后能够有效降低纯钛及TC4合金与Al2O3陶瓷模壳之间界面反应层的厚度,在10 k Pa氢分压条件下,纯钛与Al2O3陶瓷模壳之间界面反应层厚度从200μm降低到55μm,在20 kPa氢分压条件下,TC4合金与Al2O3陶瓷模壳之间界面反应层厚度从130μm降低到50μm,且适当改善熔炼工艺能够使界面反应层降低到30μm。通过观察界面层显微组织,发现液态置氢后能够阻碍陶瓷相颗粒向合金基体中的扩散,从而使界面层中各合金元素含量在更小的范围内波动,并改善界面层的表面质量。分析后认为氢抑制钛合金与Al2O3陶瓷模壳之间界面反应的机理为:陶瓷相颗粒分解产生的氧元素与钛合金熔体中的氢原子发生反应生成水蒸气,在模壳面层和合金熔体之间形成气膜,阻碍了陶瓷相颗粒向合金基体中移动,同时也会阻碍钛合金熔体与模壳面层之间的置换反应,并且置氢后细化了钛合金的显微组织,使固态相变过程中元素的扩散受阻。
【关键词】：钛合金 热氢处理 液态置氢 熔模铸造 界面反应
【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】：2016
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 界面反应的研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 热氢处理技术13-19
• 1.3.1 热氢处理对钛合金相变的影响14-15
• 1.3.2 热氢处理对钛合金力学性能及显微组织的影响15-17
• 1.3.3 热氢处理对钛合金铸件的影响17-19
• 1.4 液态置氢19-24
• 1.4.1 液态置氢对钛合金成分的影响20-21
• 1.4.2 液态置氢对钛合金组织的影响21-22
• 1.4.3 液态置氢对钛合金铸造性能的影响22-24
• 1.5 本文的研究内容24-25
• 第2章 实验材料与实验方法25-29
• 2.1 实验材料25
• 2.2 实验方法25-29
• 2.2.1 Al_2O_3陶瓷模壳的制备25-26
• 2.2.2 钛合金铸件热氢处理操作26
• 2.2.3 液态置氢操作26-27
• 2.2.4 扫描电镜观察及能谱分析27-28
• 2.2.5 金相组织观察28
• 2.2.6 显微硬度分析28-29
• 第3章 热氢处理对钛合金界面层组织及成分的影响29-40
• 3.1 热氢处理对钛合金界面层成分的影响29-33
• 3.2 热氢处理对钛合金界面层组织的影响33-36
• 3.3 热氢处理对钛合金界面层显微硬度的影响36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 液态置氢对纯钛与Al_2O_3模壳界面层的影响40-52
• 4.1 液态置氢对纯钛与Al_2O_3模壳界面层成分的影响40-43
• 4.2 液态置氢对纯钛与Al_2O_3模壳界面层组织的影响43-48
• 4.3 液态置氢对纯钛与Al_2O_3模壳界面层显微硬度的影响48-49
• 4.4 陶瓷型壳面层物相分析49-50
• 4.5 氢抑制界面反应的机理50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 液态置氢对TC4合金与Al_2O_3模壳界面层的影响52-63
• 5.1 液态置氢对TC4合金与Al_2O_3模壳界面层成分的影响52-56
• 5.2 液态置氢对TC4合金与Al_2O_3模壳界面层组织的影响56-59
• 5.3 液态置氢对TC4合金与Al_2O_3模壳界面层显微硬度的影响59-61
• 5.4 界面反应层物相分析61
• 5.5 本章小结61-63
• 结论63-64
• 参考文献64-70
• 致谢70

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本文编号：848199