Mo、Y元素对粉末冶金Ti6Al4V2Cr组织性能影响的研究

发布时间：2020-08-29 12:21

　　钛作为航空航天中常用的结构和功能材料,具有优良的综合性能,应用非常广泛,主要用于发动机关键的零部件,也是飞机航空气瓶的备选材料。随着工业的发展,对材料性能的要求越来越高,钛合金为了适应更好的发展,必须着力提高其各方面的性能,因此钛合金在高性能方面的研究有很大的应用价值。本试验通过粉末冶金方法制备钛合金,利用元素合金化来改善合金的性能,通过光学显微镜,扫描电镜,X射线衍射仪(XRD)、透射电镜、精密万能试验机、马弗炉等设备对添加Mo、Y元素的合金的组织性能及热处理工艺进行了研究,确定Mo、Y元素合适的添加量和热处理工艺。通过Gleeble热模拟实验对Ti6Al4V2Cr1.5Mo0.5Y合金的高温变形行为进行了分析,讨论合金的应力-应变曲线,及温度,速率,应力等参数之间的关系,求出合金的本构方程。添加Mo元素的实验结果表明:Mo元素的最佳添加量为1.5%,含量小于1.5%时,合金的组织形态为等轴组织,且随着Mo含量的增加,合金的抗拉强度、显微硬度和延伸率升高;含量大于1.5%小于3.0%时,为网篮组织,随Mo含量的升高,合金的抗拉强度、显微硬度和延伸率都呈下降趋势;且当Mo元素含量为3.0%时,组织中发现了硬脆的析出相TiCr2,影响合金的力学性能。通过不同的热处理工艺对Ti6Al4V2Cr1.5Mo合金进行组织性能分析,研究表明:随着固溶温度的增加,合金的抗拉强度、显微硬度和延伸率曲线先上升后下降,在920℃时达到峰值,确定最佳的固溶温度为920℃,同样在该温度下进行不同的时效处理,确定最佳的时效温度为520℃,所以合金的最佳热处理工艺为920℃×30 min(WQ)固溶+520℃×8 h(AC)时效。在热处理后的合金组织中发现了颗粒状的Ti2Mo Al相,其沿?-Ti与?-Ti的界面析出,对基体产生钉扎强化作用。稀土Y元素添加对基体有很好的细化效果,形成的Y2O3能有效地细化晶粒,强化基体。通过形核理论分析,发现稀土氧化物Y2O3可以作为形核基底,促进非均质形核,是有效的形核剂。在微观组织中发现,析出相Y2O3呈球形在?-Ti晶内析出,且Y2O3与?-Ti之间存在半共格界面。热变形行为研究结果表明:Ti6Al4V2Cr1.5Mo0.5Y合金是一种负温度敏感材料和正应变速率敏感材料,合金的激活能为286.1654685 KJ/mol。
【学位单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF125.22
【部分图文】：

元素对,相变温度,钛合金

图 1-1 不同元素对相变温度的影响[20]Fig.1-1 Effect of different elements on phase-transition temperature钛属于轻金属，密度为 4.53g /cm ，约为钢的 0.57 倍[11]，熔点较高，为1669 ℃，弹性模量 E，导热系数λ较小，线膨胀系数/K-1与电阻率/Ω·m 较低。的化学活性大，与空气中的氧容易发生反应生成致密的氧化膜，阻止进一步化，高温时，反应剧烈，由于氧化膜的脱落增加了钛与氧的反应速度，所以，钛合金的制备过程中，真空或气体保护是非常必要的[12,13]。钛中杂质的含量对能影响很大，含量太高时，塑性会降低，组织会变的硬而脆。钛合金作为应用广泛的结构材料，比铝钢强度高，而且在海水中有较好的腐蚀和耐低温的性能。目前，飞机的机架、起落架、机身蒙皮以及发动机的叶等制造材料的选择，主要来源于钛合金及其复合材料，基于钛合金的发展水平可以作为判断先进水平检测的重要指标[14-16]。例如从 Cu-27 战机到 B-2 轰机，用钛量从 18%升至 26%，大幅度提高，直至 F-22 战机的出现，使用钛量升至 41%[17]。随着钛合金用量的不断增加，其应用也越来越广泛，同时在其

晶胞结构

第 1 章绪论用极为广泛。的应用不仅仅是在航空航天，生物医学，舰船制造等方面领域和日常消费领域也有着广阔的发展前景，在汽车行业减重，更能满足环保的要求，进一步推动了钛合金在我国合金在我国的研究与国外相比晚约十年，但研究的积极性发展的需要，钛合金在我国的市场前景会越来越好。金的分类以发生同素异构转变，在低温时，稳态的 -Ti 是密排的晶Ti 的体心晶格结构相对比较稳定。 -Ti 和 -Ti 的密排六分别如图 1-2 所示。影响钛合金组织的因素有两个：合金过添加不同合金元素，改变相变温度和相成分含量，也可可以得到三种不同的室温组织。

钛合金,显微组织,粉末冶金

(b)双态组织 (d) 等轴组织图 1-3 钛合金典型的显微组织[26]Fig. 1-3 Typical microstructure of titanium alloy1.3 粉末冶金钛合金的制备钛合金的制备工艺一般包括：熔炼工艺、粉末冶金工艺以及锻造、轧制工等，其中的粉末冶金制备工艺是一种独特钛零部件生产的技术[28]，粉末冶金备所用的钛是粉末，而不是海绵钛。粉末冶金制备技术是一种成熟的工艺，许金属都有应用。由粉末加工为零件的方法有：金属注射成型(MIM)，利用粘结将粉末粘在一起，在加热过程中粘结剂除去的成型方法；热等静压(HIP)/冷等压 (CIP)工艺，首先将粉末压制成型，然后进行烧结，最终形成近净形零29,30]。这些工艺已基本成熟，在工业生产领域已被广泛应用。近年来，钛合金的应用正向着低成本高性能的方向发展，使得其在民用工领域的发展更有潜力，例如生物医学、汽车、生活用品等。钛合金的高致密度

【参考文献】