TC17合金中的β斑及其形成机制研究
发布时间:2020-12-01 18:21
本论文以TC17合金(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo)为研究对象,系统研究了 β斑在工业级铸锭、实验室小型铸锭和定向凝固样品中的基本特征,提出了影响β斑形成的凝固条件和工艺参数,进一步明确了凝固过程中β斑形成机制和形成规律,为熔炼过程中控制此类偏析产生提供技术参考。对TC17合金工业级铸锭和锻棒中的β斑进行了系统分析表征。结果发现:工业级铸锭和棒材中β斑的成分特点均为富Cr和Zr、贫Mo,相变点比基体低15℃~35℃;工业级铸锭中的β斑形状不规则,呈散点状分布于铸锭锭头心部位置;大棒材中β斑形貌与铸锭差异较大,表现为异常长大的β晶粒。通过定向凝固实验,研究了 TC17合金不同凝固速度条件下溶质分配和固液界面形貌的变化规律。结果表明:随着凝固速度的增加,固液界面形貌从平面结构转变为胞晶结构再过渡到枝晶结构;平面界面失稳和胞枝转变的临界速度分别约为15 mm/h和30 mm/h;偏析方式由宏观偏析转变为胞晶间或枝晶间的局部偏析,在凝固组织中分别形成宏观偏析β斑和通道状β斑。结合相率分析,β斑的形成实质上是凝固过程中Cr和Zr元素正偏析、Mo元素负偏析的结果。通过真空自耗电弧炉...
【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】:129 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
图1.1?a-Ti与|J-Ti晶体结构I4I??Fig.?1.1?Crystal?structure?of?hep???and?bcc?|i?phase??
对p相转变??温度影响较校??合金化的目的是提高钛合金综合性能。为了理解合金元素对钛合金本身的影??响,Rosenbergl7】建立了?a相稳定元素等效铝当量公式和P相稳定元素等效钼当??量公式:??[Al]eq=[Al]+0.17[Zr]+0.33[Sn]+10[0]?(1-1)??[Mo]eq=[Mo]+0.2[Ta]+0.28[Nb]+0.4[W]+0.67[V]+1.25[Ni]+1.7[Mn]+1.7[Co]+??2.5[Fe]?(1-2)??根据钛合金在伪二元相图(图1.2)的位置,可将钛合金大致分为:a型、近??a型、a+p型、亚稳P型和p型钛合金丨1,3,41。??a?Metastable?Stable??Alloy?ot?+?卩?Alloy?|5?Alloy?卜?Alloy??1?\、、、^\?P??I?\、、,卜\??ii?n\??p?-?Stabilizer?Concentration??图1.2?p同晶型相图的伪二元相图N??Fig.?1.2?Pseudo-binary?section?through?a?isomorphous?phase?diagram??a型钛合金:未合金化的钛及其具有一种或多种稳定元素的合金(Al、Sn或??Zr),在室温下完全或主要由a相组成。a型钛合金表现出良好的强度、靭性、抗??蠕变性和可焊接性m。a型钛合金对氢脆十分敏感,并且不能依靠热处理产生析??出相强化,不适合采用热处理进行强化|9]。??近a型钛合金:通常合金中P相稳定元素含量小于等于2wt°/。,退火组织中??的P相含量很低。近a型合金兼具a型合金优异的蠕变性能和a+p型合金的高??强度[
?第1章绪?论???_?d??图1.3钛合金中四种典型组织%??Fig.?1.3?Typical?microstructures?of?near?a?titanium?alloys:?(a)?cquaixed,?(b)?bimodal,?(c)??lamellar,?and?(d)?basket-weave??1.2?TC17合金简介??TC17合金是一种近P型a+p两相钛合金。该合金是美国通用电器公司??(General?Electric,?GE)于20世纪70年代为GE发动机研制的一种高强、高韧??及高淬透性钛合金(即“三高”钛合金)|141。TC17合金的名义成分为:Ti-5A1-??2Sn-2Zr-4Cr-4Mo,合金元素总量为17wt%,国外又命名为Ti-17合金。合金元??素中A1为a相稳定元素,Mo和Cr为(3相稳定元素,Sn和Zr?认为是中性元素。??添加元素Cr会提高合金高的延展性和韧性,而添加元素Mo显著提高了合金强??度与淬透性。这两种卩相稳定元素的共同添加可以有效地阯止共析化合物TiCr2??相的形成,提高合金的热稳定性[15]。TC17合金有良好的热加工性能,常见的两??种TC17合金锻造工艺有p单相区锻造和a+p两相区锻造通过精确调控合??金的热处理制度,可以实现TC17合金良好的强度、塑性和初性的匹配。热处理??后TC17合金其屈服强度可达到1050?MPa?1190?MPa,该强度水平高于Ti-6A1-??4V钛合金,与Ti-6Al-6V-2Sn合金相当。TC17合金塑性和断裂靭性均优于Ti-??6Al-6V-2Sn合金,蠕变性能优于Ti-6A1-4V合金[19,?2G】。TC17
【参考文献】:
期刊论文
[1]真空自耗冶炼过程数值仿真研究进展[J]. 曲敬龙,杨树峰,陈正阳,杜金辉,毕中南,孔豪豪. 中国冶金. 2020(01)
[2]Precipitates and alloying elements distribution in near α titanium alloy Ti65[J]. Ke Yue,Jianrong Liu,Haijun Zhang,Hui Yu,Yuanyuan Song,Qingmiao Hu,Qingjiang Wang,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]Quantitative effects of phase transition on solute partition coefficient,inclusion precipitation, and microsegregation for high-sulfur steel solidification[J]. Lintao Gui,Mujun Long,Shixin Wu,Zhihua Dong,Dengfu Chen,Yunwei Huang,Huamei Duan,Levente Vitos. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process[J]. Yuhong Zhao,Bing Zhang,Hua Hou,Weipeng Chen,Meng Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[5]TC4钛合金棒材低倍组织亮斑分析[J]. 卢凯凯,李敏娜,周立鹏,马保飞,段启辉,肖松涛. 热加工工艺. 2019(04)
[6]熔速对IN718合金真空自耗铸锭组织的影响[J]. 王资兴,王磊,孙文儒. 材料热处理学报. 2019(01)
[7]Effect of cooling rates on the dendritic morphology transition of Mg–6Gd alloy by in situ X-ray radiography[J]. Yongbiao Wang,Liming Peng,Yanzhou Ji,Xiaoxing Cheng,Cunlong Wang,Yujuan Wu,Yanan Fu,Long-Qing Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[8]熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒材组织均匀性的影响研究[J]. 岳旭,杨国庆,李渭清,乔璐,马宝军,张平辉,何书林,贾栓孝. 钛工业进展. 2016(05)
[9]TC17钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能研究[J]. 于冰冰,陈志勇,赵子博,刘建荣,王清江,李晋炜. 金属学报. 2016(07)
[10]Influence of Process Parameters and Sr Addition on the Microstructure and Casting Defects of LPDC A356 Alloy for Engine Blocks[J]. Giulio Timelli,Daniele Caliari,Jovid Rakhmonov. Journal of Materials Science & Technology. 2016(06)
[1]Ti65合金显微组织及关键高温力学性能[D]. 岳颗.中国科学技术大学 2019
[2]TC17钛合金片状组织静态球化及演变机理[D]. 徐建伟.西北工业大学 2017
[3]电渣重熔钢锭中黑斑的形成机理及控制措施研究[D]. 张扬.北京科技大学 2017
[4]热加工TC17合金组织演变及其对高温性能的影响[D]. 贾志强.西北工业大学 2016
[5]7075铝合金螺旋电磁搅拌技术及应用研究[D]. 高志华.北京有色金属研究总院 2014
[6]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[7]电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究[D]. 班春燕.东北大学 2002
[8]电磁力对金属熔体驱动与运动形态控制的研究[D]. 王晓东.大连理工大学 2002
博士论文
[1]真空自耗冶炼过程数值仿真研究进展[J]. 曲敬龙,杨树峰,陈正阳,杜金辉,毕中南,孔豪豪. 中国冶金. 2020(01)
[2]Precipitates and alloying elements distribution in near α titanium alloy Ti65[J]. Ke Yue,Jianrong Liu,Haijun Zhang,Hui Yu,Yuanyuan Song,Qingmiao Hu,Qingjiang Wang,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]Quantitative effects of phase transition on solute partition coefficient,inclusion precipitation, and microsegregation for high-sulfur steel solidification[J]. Lintao Gui,Mujun Long,Shixin Wu,Zhihua Dong,Dengfu Chen,Yunwei Huang,Huamei Duan,Levente Vitos. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process[J]. Yuhong Zhao,Bing Zhang,Hua Hou,Weipeng Chen,Meng Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[5]TC4钛合金棒材低倍组织亮斑分析[J]. 卢凯凯,李敏娜,周立鹏,马保飞,段启辉,肖松涛. 热加工工艺. 2019(04)
[6]熔速对IN718合金真空自耗铸锭组织的影响[J]. 王资兴,王磊,孙文儒. 材料热处理学报. 2019(01)
[7]Effect of cooling rates on the dendritic morphology transition of Mg–6Gd alloy by in situ X-ray radiography[J]. Yongbiao Wang,Liming Peng,Yanzhou Ji,Xiaoxing Cheng,Cunlong Wang,Yujuan Wu,Yanan Fu,Long-Qing Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[8]熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒材组织均匀性的影响研究[J]. 岳旭,杨国庆,李渭清,乔璐,马宝军,张平辉,何书林,贾栓孝. 钛工业进展. 2016(05)
[9]TC17钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能研究[J]. 于冰冰,陈志勇,赵子博,刘建荣,王清江,李晋炜. 金属学报. 2016(07)
[10]Influence of Process Parameters and Sr Addition on the Microstructure and Casting Defects of LPDC A356 Alloy for Engine Blocks[J]. Giulio Timelli,Daniele Caliari,Jovid Rakhmonov. Journal of Materials Science & Technology. 2016(06)
[1]Ti65合金显微组织及关键高温力学性能[D]. 岳颗.中国科学技术大学 2019
[2]TC17钛合金片状组织静态球化及演变机理[D]. 徐建伟.西北工业大学 2017
[3]电渣重熔钢锭中黑斑的形成机理及控制措施研究[D]. 张扬.北京科技大学 2017
[4]热加工TC17合金组织演变及其对高温性能的影响[D]. 贾志强.西北工业大学 2016
[5]7075铝合金螺旋电磁搅拌技术及应用研究[D]. 高志华.北京有色金属研究总院 2014
[6]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[7]电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究[D]. 班春燕.东北大学 2002
[8]电磁力对金属熔体驱动与运动形态控制的研究[D]. 王晓东.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]含硬α夹杂钛合金轮盘疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 邹煜申.浙江大学 2018
[2]钛合金片状组织演变机制与球化动力学研究[D]. 赖运金.西北工业大学 2007
本文编号:2894969
【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】:129 页
【学位级别】:博士
【部分图文】:
图1.1?a-Ti与|J-Ti晶体结构I4I??Fig.?1.1?Crystal?structure?of?hep???and?bcc?|i?phase??
对p相转变??温度影响较校??合金化的目的是提高钛合金综合性能。为了理解合金元素对钛合金本身的影??响,Rosenbergl7】建立了?a相稳定元素等效铝当量公式和P相稳定元素等效钼当??量公式:??[Al]eq=[Al]+0.17[Zr]+0.33[Sn]+10[0]?(1-1)??[Mo]eq=[Mo]+0.2[Ta]+0.28[Nb]+0.4[W]+0.67[V]+1.25[Ni]+1.7[Mn]+1.7[Co]+??2.5[Fe]?(1-2)??根据钛合金在伪二元相图(图1.2)的位置,可将钛合金大致分为:a型、近??a型、a+p型、亚稳P型和p型钛合金丨1,3,41。??a?Metastable?Stable??Alloy?ot?+?卩?Alloy?|5?Alloy?卜?Alloy??1?\、、、^\?P??I?\、、,卜\??ii?n\??p?-?Stabilizer?Concentration??图1.2?p同晶型相图的伪二元相图N??Fig.?1.2?Pseudo-binary?section?through?a?isomorphous?phase?diagram??a型钛合金:未合金化的钛及其具有一种或多种稳定元素的合金(Al、Sn或??Zr),在室温下完全或主要由a相组成。a型钛合金表现出良好的强度、靭性、抗??蠕变性和可焊接性m。a型钛合金对氢脆十分敏感,并且不能依靠热处理产生析??出相强化,不适合采用热处理进行强化|9]。??近a型钛合金:通常合金中P相稳定元素含量小于等于2wt°/。,退火组织中??的P相含量很低。近a型合金兼具a型合金优异的蠕变性能和a+p型合金的高??强度[
?第1章绪?论???_?d??图1.3钛合金中四种典型组织%??Fig.?1.3?Typical?microstructures?of?near?a?titanium?alloys:?(a)?cquaixed,?(b)?bimodal,?(c)??lamellar,?and?(d)?basket-weave??1.2?TC17合金简介??TC17合金是一种近P型a+p两相钛合金。该合金是美国通用电器公司??(General?Electric,?GE)于20世纪70年代为GE发动机研制的一种高强、高韧??及高淬透性钛合金(即“三高”钛合金)|141。TC17合金的名义成分为:Ti-5A1-??2Sn-2Zr-4Cr-4Mo,合金元素总量为17wt%,国外又命名为Ti-17合金。合金元??素中A1为a相稳定元素,Mo和Cr为(3相稳定元素,Sn和Zr?认为是中性元素。??添加元素Cr会提高合金高的延展性和韧性,而添加元素Mo显著提高了合金强??度与淬透性。这两种卩相稳定元素的共同添加可以有效地阯止共析化合物TiCr2??相的形成,提高合金的热稳定性[15]。TC17合金有良好的热加工性能,常见的两??种TC17合金锻造工艺有p单相区锻造和a+p两相区锻造通过精确调控合??金的热处理制度,可以实现TC17合金良好的强度、塑性和初性的匹配。热处理??后TC17合金其屈服强度可达到1050?MPa?1190?MPa,该强度水平高于Ti-6A1-??4V钛合金,与Ti-6Al-6V-2Sn合金相当。TC17合金塑性和断裂靭性均优于Ti-??6Al-6V-2Sn合金,蠕变性能优于Ti-6A1-4V合金[19,?2G】。TC17
【参考文献】:
期刊论文
[1]真空自耗冶炼过程数值仿真研究进展[J]. 曲敬龙,杨树峰,陈正阳,杜金辉,毕中南,孔豪豪. 中国冶金. 2020(01)
[2]Precipitates and alloying elements distribution in near α titanium alloy Ti65[J]. Ke Yue,Jianrong Liu,Haijun Zhang,Hui Yu,Yuanyuan Song,Qingmiao Hu,Qingjiang Wang,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]Quantitative effects of phase transition on solute partition coefficient,inclusion precipitation, and microsegregation for high-sulfur steel solidification[J]. Lintao Gui,Mujun Long,Shixin Wu,Zhihua Dong,Dengfu Chen,Yunwei Huang,Huamei Duan,Levente Vitos. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process[J]. Yuhong Zhao,Bing Zhang,Hua Hou,Weipeng Chen,Meng Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[5]TC4钛合金棒材低倍组织亮斑分析[J]. 卢凯凯,李敏娜,周立鹏,马保飞,段启辉,肖松涛. 热加工工艺. 2019(04)
[6]熔速对IN718合金真空自耗铸锭组织的影响[J]. 王资兴,王磊,孙文儒. 材料热处理学报. 2019(01)
[7]Effect of cooling rates on the dendritic morphology transition of Mg–6Gd alloy by in situ X-ray radiography[J]. Yongbiao Wang,Liming Peng,Yanzhou Ji,Xiaoxing Cheng,Cunlong Wang,Yujuan Wu,Yanan Fu,Long-Qing Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[8]熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒材组织均匀性的影响研究[J]. 岳旭,杨国庆,李渭清,乔璐,马宝军,张平辉,何书林,贾栓孝. 钛工业进展. 2016(05)
[9]TC17钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能研究[J]. 于冰冰,陈志勇,赵子博,刘建荣,王清江,李晋炜. 金属学报. 2016(07)
[10]Influence of Process Parameters and Sr Addition on the Microstructure and Casting Defects of LPDC A356 Alloy for Engine Blocks[J]. Giulio Timelli,Daniele Caliari,Jovid Rakhmonov. Journal of Materials Science & Technology. 2016(06)
[1]Ti65合金显微组织及关键高温力学性能[D]. 岳颗.中国科学技术大学 2019
[2]TC17钛合金片状组织静态球化及演变机理[D]. 徐建伟.西北工业大学 2017
[3]电渣重熔钢锭中黑斑的形成机理及控制措施研究[D]. 张扬.北京科技大学 2017
[4]热加工TC17合金组织演变及其对高温性能的影响[D]. 贾志强.西北工业大学 2016
[5]7075铝合金螺旋电磁搅拌技术及应用研究[D]. 高志华.北京有色金属研究总院 2014
[6]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[7]电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究[D]. 班春燕.东北大学 2002
[8]电磁力对金属熔体驱动与运动形态控制的研究[D]. 王晓东.大连理工大学 2002
博士论文
[1]真空自耗冶炼过程数值仿真研究进展[J]. 曲敬龙,杨树峰,陈正阳,杜金辉,毕中南,孔豪豪. 中国冶金. 2020(01)
[2]Precipitates and alloying elements distribution in near α titanium alloy Ti65[J]. Ke Yue,Jianrong Liu,Haijun Zhang,Hui Yu,Yuanyuan Song,Qingmiao Hu,Qingjiang Wang,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]Quantitative effects of phase transition on solute partition coefficient,inclusion precipitation, and microsegregation for high-sulfur steel solidification[J]. Lintao Gui,Mujun Long,Shixin Wu,Zhihua Dong,Dengfu Chen,Yunwei Huang,Huamei Duan,Levente Vitos. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process[J]. Yuhong Zhao,Bing Zhang,Hua Hou,Weipeng Chen,Meng Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[5]TC4钛合金棒材低倍组织亮斑分析[J]. 卢凯凯,李敏娜,周立鹏,马保飞,段启辉,肖松涛. 热加工工艺. 2019(04)
[6]熔速对IN718合金真空自耗铸锭组织的影响[J]. 王资兴,王磊,孙文儒. 材料热处理学报. 2019(01)
[7]Effect of cooling rates on the dendritic morphology transition of Mg–6Gd alloy by in situ X-ray radiography[J]. Yongbiao Wang,Liming Peng,Yanzhou Ji,Xiaoxing Cheng,Cunlong Wang,Yujuan Wu,Yanan Fu,Long-Qing Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[8]熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒材组织均匀性的影响研究[J]. 岳旭,杨国庆,李渭清,乔璐,马宝军,张平辉,何书林,贾栓孝. 钛工业进展. 2016(05)
[9]TC17钛合金电子束焊接接头的显微组织与力学性能研究[J]. 于冰冰,陈志勇,赵子博,刘建荣,王清江,李晋炜. 金属学报. 2016(07)
[10]Influence of Process Parameters and Sr Addition on the Microstructure and Casting Defects of LPDC A356 Alloy for Engine Blocks[J]. Giulio Timelli,Daniele Caliari,Jovid Rakhmonov. Journal of Materials Science & Technology. 2016(06)
[1]Ti65合金显微组织及关键高温力学性能[D]. 岳颗.中国科学技术大学 2019
[2]TC17钛合金片状组织静态球化及演变机理[D]. 徐建伟.西北工业大学 2017
[3]电渣重熔钢锭中黑斑的形成机理及控制措施研究[D]. 张扬.北京科技大学 2017
[4]热加工TC17合金组织演变及其对高温性能的影响[D]. 贾志强.西北工业大学 2016
[5]7075铝合金螺旋电磁搅拌技术及应用研究[D]. 高志华.北京有色金属研究总院 2014
[6]螺旋磁场搅拌对合金内在质量影响的模拟与实验研究[D]. 赵倩.大连理工大学 2013
[7]电磁场作用下铝合金凝固理论基础研究[D]. 班春燕.东北大学 2002
[8]电磁力对金属熔体驱动与运动形态控制的研究[D]. 王晓东.大连理工大学 2002
硕士论文
[1]含硬α夹杂钛合金轮盘疲劳裂纹扩展特性研究[D]. 邹煜申.浙江大学 2018
[2]钛合金片状组织演变机制与球化动力学研究[D]. 赖运金.西北工业大学 2007
本文编号:2894969
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