粉末冶金Ti600合金组织和性能的研究

发布时间：2020-11-14 13:44

　　 Ti600合金是中国西北有色院研发的一种近α型高温钛合金,其成型工艺大都采用铸造+锻造,但该工艺成本高,容易产生宏观偏析和微观偏析,对合金的力学性能不利,粉末冶金(PM)具有成份、组织均匀性,材料利用率高,成本低的优点。本文通过粉末冶金的方法(PM+热挤压+真空退火)制备Ti600合金。研究烧结温度、热挤压温度和退火温度对Ti600合金组织和性能影响,以期为Ti600制备成型工艺提供参考。研究发现粉末冶金样品元素分布均匀,但内部孔隙较多,力学性能较差。热挤压可以消除孔隙提高力学性能,对比发现挤压温度的升高可以获得更高屈服强度,并提高了合金的相变点。通过改变退火温度获得了不同钛合金的典型组织,扩大了其应用的范围。主要结论如下:随烧结温度的升高使得合金组织中α片层排列开始规则化,同时提升了合金的致密度,提高了合金的力学性能。在600℃保温1h然后升温到1300℃保温3h后,获得了魏氏组织,孔隙减少并球化,致密度达到92.8%。将PM Ti600合金通过950℃热挤压后消除了内部孔隙,细化了晶粒,挤压后组织为扭曲的α片层,并存在平行于ED方向的(0002)纤维织构,稀土相Y_2O_3尺寸为150nm,硅相(TiZr)_6Si_3尺寸为200nm。在β相变点以下退火处理后,随温度的升高,合金组织由类似细胞壁结构逐渐变成等轴组织,在β相变点以上1050℃退火处理后,合金组织为双态组织,继续提高退火温度到1100℃时,合金形成了魏氏组织。当提高挤压温度到1040℃时,组织结构为片层β_T和块状α,并存在平行于ED方向的(0001)形变织构,其强度为46.8,稀土相Y_2O_3尺寸为1.5μm,硅相(TiZr)_6Si_3尺寸为80nm。观察发现挤压后β_T转变组织的形成包括两部分:挤压过程中变形β晶粒→β/α→β_T,晶界处分布有大量位错;挤压后变形β晶粒→DRXβ→β/α→β_T',晶界分布大量的硅化物(TiZr_6)Si_3。而β_T'不利于退火再结晶,退火温度在850-1050℃时,合金为片层β_T和等轴α组成的混合组织,继续提高退火温度到1100℃时,合金形成了魏氏组织。烧结Ti600合金具有较差的力学性能,经过950℃热挤压后性能得到提高,其屈服强度为1450MPa,在β相变点以下退火处理后,屈服强度、显微硬度逐渐降低而应变提高,在α+β两相区获得了最大的断裂应变38%,在β相变点以上退火处理后,合金的屈服强度、显微硬度提高,但应变降低。当提高挤压温度到1040℃后,其性能得到提升,获得了最大的屈服强度1480MPa。在β相变点以下退火处理后,屈服强度、显微硬度逐渐降低而应变提高,在α+β两相区获得断裂应变为32.0%。在β相变点以上1050℃退火处理后,合金的屈服强度、显微硬度、应变降低,提高退火温度到1100℃时,显微硬度、断裂应变有所提高,但屈服强度降低。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TF125.22
【部分图文】：

高温钛合金的显微组织主要分为四类：魏氏组织，网篮组织，等轴组织，双态组织[33]。其主要由α和β两相的尺寸及其排列方式来区别，如图1.2所示为各种高温钛合金组织的金相照片，表1.1所示为相应组织所具备的力学性能。（1）魏氏组织：开始和结束时的热加工温度都在 β 相区，变形量不是很大（一般小于 50%）时会形成魏氏组织。魏氏组织比较容易识别，魏氏组织具有清晰完整的原始 β 晶粒，通常在原始 β 晶界处形成晶界 α 相，冷却过程中，初始 β 晶粒向内生长，经过 β/α 相变点后，发生相转变，形成 α 相。在近 α 型钛合金中

9施加压力增加了致密化所需的驱动力，从而与无压烧结相比降低了加工温度。其HP过程示意图如图1.3b所示，将待致密化的粉末填充在合适的模具中（通常是石墨或能够承受高温和高压而不与粉末反应的材料），并且使用冲头对粉末施加压力（高达50MPa），加热线圈用于加热模具，在高压和高温的同时施加的情况下，通过颗粒重排和颗粒接触处的塑性流动进行烧结，最终消除孔隙，实现致密化[44,45]。a HIP b HP图 1.3 成型过程示意图[45]Fig. 1.3 Schematic of molding process目前预合金粉末制备工艺主要包括三个：等离子旋转电极法(PREP)、等离子雾化法(PA)、惰性气体雾化法(GA)[46]。通过PREP工艺获得的预合金粉末具有较高的球形度，较好流动性，对于装填金属包套较为容易，因此，PREP粉末多用于HIP工艺致密化后得到样品坯料

图 1.4 CHIP 过程示意图[45]Fig. 1.4 Schematic of CHIP process件用热挤/热锻/热轧进行精密成型，可以实现更高的性残余孔隙，破碎粗大的组织结构，同时使夹杂物分散到
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本文编号：2883536