Ti-7Al-xB合金的制备与性能研究

发布时间：2020-10-17 14:24

　　 本论文以Ti粉、Al粉和B粉为原材料,配制了成份为Ti-7Al-x B(x=0,0.2,0.4,0.6wt.%)混合粉末,利用双罐三维摆动式球磨机在转速为400r/min的条件下高能球磨,利用SEM、XRD等仪器分别对球磨5h、10h、15h和20h后粉末颗粒的形貌变化和相变化进行了研究。将球磨20h后的混合粉末利用真空热压烧结工艺进行烧结(加热温度1100℃、加压30MPa、保温1h),分析不同成份的烧结合金的相组成、增强体形貌、致密度以及硬度的变化规律。利用MG-2000销盘式磨损试验机测试了在载荷20N、30N、40N、50N条件下Ti-7Al-x B合金的磨损性能,并对制备合金材料的磨损机制进行了探讨。在箱式电阻炉中测试了合金在900℃空气中的氧化行为,从氧化动力角度研究了Ti-7Al-x B合金的高温氧化性能。高能球磨实验结果表明:Ti-7Al-x B混合粉末经20h高能球磨后,粉末颗粒细化至几个微米左右,随着少量硼元素含量的增加颗粒尺寸逐渐减小。XRD分析结果表明,在球磨的过程中一部分铝固溶到了钛的晶格中。从TEM结果中可知,细化后的粉末呈片状结构,生成了Ti B新相,说明在球磨的过程中细化颗粒的同时实现了机械合金化。真空热压烧结实验结果表明:制备的Ti-7Al-x B合金致密度在97%以上、组织均匀分布,Ti B具有典型的晶须状形貌。添加0.2 wt.%的硼元素后,合金晶粒尺寸明显细化,进一步增加硼含量晶粒细化效果不明显,晶粒细化机制是Ti B增强相对基体合金晶粒长大的阻碍作用。硼元素的加入显著提高了Ti-7Al合金的致密度和硬度,但随着硼元素含量的增加,合金的致密度有小幅度降低。干摩擦磨损实验结果表明:在20N~50N载荷范围内,在相同的载荷下,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金的摩擦系数低于Ti-7Al基体合金的摩擦系数,不同硼元素含量合金的摩擦系数相差不大。Ti-7Al基体合金的摩擦系数随着载荷的增加而呈增加的趋势,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金的摩擦系数随着载荷的增加而呈减小的趋势。Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金的耐磨性能优于Ti-7Al基体合金。随着载荷的增加,Ti-7Al基体合金的磨损机制由轻微的粘着磨损向严重粘着磨损转变。在载荷为50N时,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6 wt.%)的磨损机制主要为轻微粘着磨损、氧化磨损和磨粒磨损。900℃恒温氧化实验结果表明:经100h高温氧化试验后,Ti-7Al-x B(x=0.2,0.4,0.6wt.%)合金与Ti-7Al基体合金相比,氧化增重曲线上升缓慢,且随着B元素含量的增加,氧化层厚度减小。Ti-7Al基体合金的氧化产物主要是棱柱状结构的Ti O2,Ti-7Al-x B合金的氧化产物是细颗粒状的连续致密的Ti O2+Al2O3混合物分布在棱柱状Ti O2氧化物的表面。在氧化层中Ti元素和Al元素的含量呈互补的趋势,硼元素的加入促进了氧化层的致密化,提高了Ti-7Al基体合金的抗氧化性。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TF125.22
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 钛及钛合金概述
    1.2 Ti-Al-B系钛合金研究现状
    1.3 含硼钛合金的组织
        1.3.1 Ti-B二元合金体系
        1.3.2 TiB的晶体结构和形貌
        1.3.3 生成TiB的反应体系
        1.3.4 含B钛合金的晶粒细化
    1.4 Ti-B合金的制备方法
        1.4.1 外加法
        1.4.2 原位反应法
    1.5 含硼钛合金磨损性能
        1.5.1 含硼钛合金的磨损机制
        1.5.2 钛合金磨损性能研究
    1.6 含硼钛合金高温氧化理论
        1.6.1 合金元素对钛合金抗氧化性能的影响
        1.6.2 氧化膜中应力的产生
        1.6.3 钛合金高温抗氧化性能研究
    1.7 论文研究目的及主要研究内容
第2章 实验材料及研究方法
    2.1 实验方案基本路线
    2.2 实验材料
    2.3 实验方法
        2.3.1 球磨混粉
        2.3.2 真空热压烧结
    2.4 样品表征
        2.4.1 扫描试样制备
        2.4.2 扫描电镜（SEM）分析
        2.4.3 X—射线衍射（XRD)物相分析
        2.4.4 透射电子显微镜（TEM）分析
    2.5 性能检测
        2.5.1 致密度测试
        2.5.2 硬度测试
        2.5.3 磨损性能测试
        2.5.4 高温氧化性能测试
第3章 Ti-7Al-xB合金的制备
    3.1 高能球磨粉末形貌和组织分析
        3.1.1 Ti-7Al-xB混合粉末形貌分析
        3.1.2 Ti-7Al-xB混合粉末物相分析
        3.1.3 Ti-7Al-xB（x=0, 0.2）混合粉末透射分析
    3.2 真空热压烧结组织和性能分析
        3.2.1 致密度分析
        3.2.2 Ti-7Al-xB合金物相分析
        3.2.3 Ti-7Al-xB合金微观组织分析
        3.2.4 Ti-7Al-xB合金的硬度分析
    3.3 本章小结
第4章 Ti-7Al-xB合金的摩擦磨损性能
    引言
    4.1 摩擦系数分析
        4.1.1 Ti-7Al-xB (x=0, 0.2）合金磨损曲线分析
        4.1.2 Ti-7Al-xB (x=0, 0.2, 0.4, 0.6)合金摩擦系数分析
    4.2 磨损性能分析
    4.3 磨损机制
        4.3.1 Ti-7Al基体合金的磨损机制
        4.3.2 Ti-7Al-xB(x=0.2,0.4,0.6)合金的磨损机制
    4.4 本章小结
第5章 Ti-7Al-xB合金的高温氧化性能
    引言
    5.1 氧化动力学曲线
    5.2 氧化层表面物相分析
    5.3 Ti-7Al-xB合金氧化表面形貌分析
        5.3.1 Ti-7Al基体合金氧化表面形貌与成份分析
        5.3.2 Ti-7Al-xB(x=0.2, 0.4, 0.6)合金氧化表面形貌与成份分析
    5.4 Ti-7Al-xB合金氧化层断面分析
        5.4.1 Ti-7Al基体合金断面分析
        5.4.2 Ti-7Al-xB(x=0.2, 0.6)合金断面分析
    5.5 氧化机理分析
    5.6 本章小结
第6章 结论
参考文献
致谢

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1 姬连峰;Ti-7Al-xB合金的制备与性能研究[D];吉林大学;2016年

本文编号：2844905