高Si含量高温钛合金的粉末冶金制备及其性能研究
发布时间：2021-09-22 09:07
高温钛合金是航空航天材料领域主要发展方向之一。目前我国600℃高温钛合金的研究水平较落后,远不能满足未来航空航天飞行器的要求。乌克兰现有的铸造600℃高温钛合金在设计和应用上处于国际先进水平,其合金中加入较多的Si,从性能上反映,合金具有很好的强度,但塑性稍差。本研究的目的是采用粉末冶金方法改善高Si含量高温钛合金的综合力学性能。首先设计两种合金,成分为 Ti-8Al-2Si-2Zr 和 Ti-6.5Al-1.4Si-0.5Mo-2Zr-2Sn,通过真空自耗电弧熔炼法制备得到两种钛合金棒料,然后,采用等离子旋转电极雾化法（PREP）制备高品质钛合金粉末,研究了棒料转速与粉末理化性能间的关系,对粉末的物相组成、形貌和微观组织进行了分析;利用制得粉末,采用热等静压技术（HIP）制备了接近全致密的粉末钛合金,最后,为了进一步破碎热等静压后形成的硅化物,得到均匀的组织结构,分别在不同的温度下对样品进行等温锻造,同时采用不同的热处理参数对试样进行热处理,试图找到最佳热处理参数,以获得较好的力学性能。研究发现,两种钛合金铸锭成分分布均匀,合金元素含量满足国标要求,且O含量均小于0.1%。铸锭微观组...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ａ－Ｔｉ和ｐ－Ｔｉ晶体结构??Ｆｉｌ．ｌ?Ｃｒｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ－Ｔｉ?ａｎｄ－Ｔｉ??
但至今为止还未发现含钛量较高的矿石，而且钛的提取比较困难。类似于??Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃａ等金属元素，在不同的温度下钛具有密排六方和体心立方两种晶体??结构（图１．１）。通过合金化或变形等方式可以极大的提高钛的强度。钛合金具有??比强度高、抗腐蚀性好、无磁性、耐高温、生物兼容性好等优点，是一种极其重??要的轻质结构材料，广泛应用于化工、石油化工、医药、航空等领域［２］［３］。??：：蠢，，？：??０?２９５ｎｍ?Ｎｙ??图１．１?ａ－Ｔｉ和ｐ－Ｔｉ晶体结构??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ－Ｔｉ?ａｎｄ?Ｐ－Ｔｉ??１．１．２钦合金合金化特点??根据对钛合金ｐ转变温度的影响，其合金化元素可分为中性元素、ａ稳定化??元素和Ｐ稳定化元素（图１．２）。ａ稳定元素提高了合金的ａ／（３相变温度，ａ相区??温度范围更广，而Ｐ稳定化元素能降低ｃｔ／ｐ相变温度，使卩相区向温度区转移。??中性元素对卩转变温度的影响很小。??Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｍｏ等元素，是高温钛合金中最常用的添加元素，通过固溶强??化和弥散强化方式
采用真空自耗电弧熔炼法制备两种合金铸锭。原材料选用粒度较为均匀的０??级海绵钛，Ａｌ－Ｓｉ片、海绵Ｚｒ、Ａｌ－Ｍｏ车屑、Ｓｉ粉和Ｓｎ粒。铸造棒料采用３０ｋｇ??真空自耗电弧炉（沈阳真鑫科技有限公司）熔炼（图２．１）。钛合金铸锭制备工艺??流程如图２．２所示。钛合金按照合金名义成分，称取一定量的原料，混合均匀后??倒入模具中压制成规格为〇５〇ｘ３００ｍｍ的单个电极棒料，电极本体为对称多层柱??体结构，如图２．３所示。该多层结构体的最外层为海绵钛、Ａｌ－Ｓｉ中间合金和Ａｌ－Ｍｏ??中间合金形成的混合层，最内层为锡粒层，中间层为海绵锆、Ｓｉ粉和Ａｌ－Ｍｏ中??间合金形成的混合层。电极组焊后熔合成一次铸锭。??ＨＵＨ??图２．１真空自耗电弧熔炼设备??Ｆｉｇ．２．１?Ｖａｃｕｕｍ?ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ?ａｒｃ?ｍｅｌｔｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ???ｌ?—混枓—电极＂＂电极—熔炼??合金添加??剂??Ｉ?一次锭」一次辛次—」二次昆」线切??１处理ｎ组焊ｎ溶炼ｎ处理ｎ割丨??图２．２钛合金铸锭制备工艺流程?
【参考文献】：
期刊论文
[1]热等静压参数对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金组织与力学性能的影响[J]. 郭瑞鹏,徐磊,程文祥,雷家峰,杨锐. 金属学报. 2016(07)
[2]新一代600℃高温钛合金材料的合金设计及应用展望[J]. 蔡建明,曹春晓. 航空材料学报. 2014(04)
[3]高温钛合金的现状与前景[J]. 王清江,刘建荣,杨锐. 航空材料学报. 2014(04)
[4]国内外高温钛合金研究及应用的最新发展[J]. 侯金健,高强强,安晓婷. 热加工工艺. 2014(10)
[5]等温锻造研究现状[J]. 张泽磊,李海荣,杨刚. 热加工工艺. 2014(01)
[6]钛合金的加工技术及发展[J]. 杨俊平. 军民两用技术与产品. 2013(06)
[7]TC11粉末钛合金的微观组织及其形成机理[J]. 徐桂华,张绪虎,赵翠梅,王亮,阴中炜. 宇航材料工艺. 2013(03)
[8]真空自耗熔炼法制备大规格TA5-A铸锭[J]. 刘华,廖强,邓超,王普毅,曲恒磊. 热加工工艺. 2013(11)
[9]一种快速凝固高温钛合金粉末的热等静压成形致密化过程及其机制研究[J]. 李少强,陈志勇,王志宏,刘建荣,王清江,杨锐. 材料研究学报. 2013(01)
[10]钛合金的应用现状及加工技术发展概况[J]. 叶勇,王金彦. 材料导报. 2012(S2)
博士论文
[1]钛硅共晶合金基础研究[D]. 吴鹤.北京航空材料研究院 2002
硕士论文
[1]粉末冶金钛合金力学性能与热等静压致密化研究[D]. 郭瑞鹏.东北大学 2014
[2]纯钛及Ti6Al4V合金表面双层辉光离子渗Zr及Zr-N共渗改性层的组织结构及摩擦学性能研究[D]. 叶姣荣.太原理工大学 2010
[3]新型钛合金工艺试验及组织性能研究[D]. 孟强.西安建筑科技大学 2006
[4]Sn元素对Ti-Zr-Nb-Sn合金系组织和性能的影响[D]. 孙敬.天津大学 2006
本文编号：3403505
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ａ－Ｔｉ和ｐ－Ｔｉ晶体结构??Ｆｉｌ．ｌ?Ｃｒｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ－Ｔｉ?ａｎｄ－Ｔｉ??
但至今为止还未发现含钛量较高的矿石，而且钛的提取比较困难。类似于??Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃａ等金属元素，在不同的温度下钛具有密排六方和体心立方两种晶体??结构（图１．１）。通过合金化或变形等方式可以极大的提高钛的强度。钛合金具有??比强度高、抗腐蚀性好、无磁性、耐高温、生物兼容性好等优点，是一种极其重??要的轻质结构材料，广泛应用于化工、石油化工、医药、航空等领域［２］［３］。??：：蠢，，？：??０?２９５ｎｍ?Ｎｙ??图１．１?ａ－Ｔｉ和ｐ－Ｔｉ晶体结构??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ－Ｔｉ?ａｎｄ?Ｐ－Ｔｉ??１．１．２钦合金合金化特点??根据对钛合金ｐ转变温度的影响，其合金化元素可分为中性元素、ａ稳定化??元素和Ｐ稳定化元素（图１．２）。ａ稳定元素提高了合金的ａ／（３相变温度，ａ相区??温度范围更广，而Ｐ稳定化元素能降低ｃｔ／ｐ相变温度，使卩相区向温度区转移。??中性元素对卩转变温度的影响很小。??Ａｌ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｍｏ等元素，是高温钛合金中最常用的添加元素，通过固溶强??化和弥散强化方式
采用真空自耗电弧熔炼法制备两种合金铸锭。原材料选用粒度较为均匀的０??级海绵钛，Ａｌ－Ｓｉ片、海绵Ｚｒ、Ａｌ－Ｍｏ车屑、Ｓｉ粉和Ｓｎ粒。铸造棒料采用３０ｋｇ??真空自耗电弧炉（沈阳真鑫科技有限公司）熔炼（图２．１）。钛合金铸锭制备工艺??流程如图２．２所示。钛合金按照合金名义成分，称取一定量的原料，混合均匀后??倒入模具中压制成规格为〇５〇ｘ３００ｍｍ的单个电极棒料，电极本体为对称多层柱??体结构，如图２．３所示。该多层结构体的最外层为海绵钛、Ａｌ－Ｓｉ中间合金和Ａｌ－Ｍｏ??中间合金形成的混合层，最内层为锡粒层，中间层为海绵锆、Ｓｉ粉和Ａｌ－Ｍｏ中??间合金形成的混合层。电极组焊后熔合成一次铸锭。??ＨＵＨ??图２．１真空自耗电弧熔炼设备??Ｆｉｇ．２．１?Ｖａｃｕｕｍ?ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ?ａｒｃ?ｍｅｌｔｉｎｇ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ???ｌ?—混枓—电极＂＂电极—熔炼??合金添加??剂??Ｉ?一次锭」一次辛次—」二次昆」线切??１处理ｎ组焊ｎ溶炼ｎ处理ｎ割丨??图２．２钛合金铸锭制备工艺流程?
【参考文献】：
期刊论文
[1]热等静压参数对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金组织与力学性能的影响[J]. 郭瑞鹏,徐磊,程文祥,雷家峰,杨锐. 金属学报. 2016(07)
[2]新一代600℃高温钛合金材料的合金设计及应用展望[J]. 蔡建明,曹春晓. 航空材料学报. 2014(04)
[3]高温钛合金的现状与前景[J]. 王清江,刘建荣,杨锐. 航空材料学报. 2014(04)
[4]国内外高温钛合金研究及应用的最新发展[J]. 侯金健,高强强,安晓婷. 热加工工艺. 2014(10)
[5]等温锻造研究现状[J]. 张泽磊,李海荣,杨刚. 热加工工艺. 2014(01)
[6]钛合金的加工技术及发展[J]. 杨俊平. 军民两用技术与产品. 2013(06)
[7]TC11粉末钛合金的微观组织及其形成机理[J]. 徐桂华,张绪虎,赵翠梅,王亮,阴中炜. 宇航材料工艺. 2013(03)
[8]真空自耗熔炼法制备大规格TA5-A铸锭[J]. 刘华,廖强,邓超,王普毅,曲恒磊. 热加工工艺. 2013(11)
[9]一种快速凝固高温钛合金粉末的热等静压成形致密化过程及其机制研究[J]. 李少强,陈志勇,王志宏,刘建荣,王清江,杨锐. 材料研究学报. 2013(01)
[10]钛合金的应用现状及加工技术发展概况[J]. 叶勇,王金彦. 材料导报. 2012(S2)
博士论文
[1]钛硅共晶合金基础研究[D]. 吴鹤.北京航空材料研究院 2002
硕士论文
[1]粉末冶金钛合金力学性能与热等静压致密化研究[D]. 郭瑞鹏.东北大学 2014
[2]纯钛及Ti6Al4V合金表面双层辉光离子渗Zr及Zr-N共渗改性层的组织结构及摩擦学性能研究[D]. 叶姣荣.太原理工大学 2010
[3]新型钛合金工艺试验及组织性能研究[D]. 孟强.西安建筑科技大学 2006
[4]Sn元素对Ti-Zr-Nb-Sn合金系组织和性能的影响[D]. 孙敬.天津大学 2006
本文编号：3403505
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