【摘要】：為了減少工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中的振動和噪音,高溫高強(qiáng)高阻尼合金得到了越來越多的關(guān)注。固溶后的Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金具有低彈性模量,高強(qiáng)度,超彈性等優(yōu)異性能,同時(shí)合金中的間隙氧原子和體心立方晶體結(jié)構(gòu)使合金具有優(yōu)異的Snoek阻尼性能。為了突破固溶處理對Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O鈦合金使用溫度范圍的限制,本課題開展熱處理對其組織和性能的影響規(guī)律研究。通過調(diào)控合金的固溶溫度,固溶冷卻速度,時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間來進(jìn)行熱處理制度調(diào)控。利用金相顯微鏡,X射線衍射儀,掃描電子顯微鏡,萬能拉伸試驗(yàn)機(jī),DMA等儀器研究合金的金相組織,力學(xué)性能,阻尼性能以及超彈性性能等。水冷的固溶態(tài)合金組織為初生α相和等軸β相,隨固溶溫度升高,初生α相逐漸減少,700℃以上固溶時(shí),合金完全由β相組成,合金的強(qiáng)度下降,伸長率先降低后升高,合金的阻尼值先升高后下降,在700℃固溶的合金取得最好的阻尼性能。合金在700℃固溶時(shí),在油冷和空冷時(shí)有α″相生成;隨冷卻速度的下降,合金的強(qiáng)度和斷后伸長率降低,彈性模量上升,阻尼值下降。固溶處理只對合金的阻尼峰值有影響,并不會影響合金的峰溫和弛豫激活能。Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金的激活能約為1.5 eV。經(jīng)固溶后的合金在400℃時(shí)效組織為針狀的次生α相和β基體相,在440℃及以上溫度進(jìn)行時(shí)效,可以生成較明顯的板條狀α相。經(jīng)單相區(qū)固溶的合金隨時(shí)效溫度升高,強(qiáng)度先上升后下降,斷后伸長率上升,阻尼值下降。隨時(shí)效時(shí)間的延長,合金在時(shí)效8 h后出現(xiàn)了晶界α相以及ω相;合金的強(qiáng)度下降,斷后伸長率先升高后降低,合金的阻尼值降低,峰溫與弛豫激活能并未發(fā)生明顯變化。時(shí)效態(tài)合金的阻尼值比固溶態(tài)合金的阻尼值低,且峰溫略有降低,阻尼性能變差。隨固溶溫度的升高,合金的超彈性回復(fù)應(yīng)變呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,700℃固溶的合金具有較好的超彈性。隨時(shí)效時(shí)間的增長,合金的超彈性回復(fù)應(yīng)變呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,經(jīng)4h時(shí)效的合金具有較好的超彈性。鈦合金中的等軸初生α相和板條次生α相都會阻礙應(yīng)力誘發(fā)馬氏體的發(fā)生,對合金的超彈性產(chǎn)生不利影響,其中初生α相容易發(fā)生屈服而導(dǎo)致合金的回復(fù)應(yīng)變極差。穩(wěn)定性高的β相較難發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變,穩(wěn)定性低的β相較容易發(fā)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體變形,呈現(xiàn)出較好的超彈性。Ti-36Nb-2Ta-3Zr-0.3O合金在700℃固溶后水冷于440℃時(shí)效2h具有最好綜合性能,在較高溫度下具有良好的熱穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖 1.1 鈦合金分類的三維相圖[7]金中的添加元素一般為 Mo、Cr、Ta 等合金元素，與 相穩(wěn)定元素金的 β 轉(zhuǎn)變溫度降低，擴(kuò)大合金 β 相區(qū)，因而此類元素被稱為鈦合金 β素達(dá)到一定含量以后，合金在冷卻過程中將不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，高穩(wěn)型 β 鈦合金由于強(qiáng)度高，淬透性好，塑韌性好，低彈性模量等優(yōu)異天，生物醫(yī)用領(lǐng)域，其室溫組織一般為穩(wěn)定的 β 相，但也有部分合金含合金的 β 相穩(wěn)定元素進(jìn)一步增多，因其優(yōu)異的耐蝕性而被應(yīng)用為化工火后全部為穩(wěn)定的 β 相組織鈦合金中的退火組織為 +β 雙相組織，其中 β 相的體積分?jǐn)?shù)一般在金是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的 +β 鈦合金，該類型鈦合金既含有 也含有狀態(tài)的雙相組織，因其優(yōu)異的綜合性能，兼具良好的加工性能，普遍器械上。但由于 Ti-6Al-4V 合金中的 Al、V 元素具有生物毒性，該合受到限制。其他 +β 型鈦合金如 TC17 等同樣具有較高的強(qiáng)度，因此。

合金的阻尼性能會隨使用時(shí)間的增長而降低。ek 型高阻尼合金 在研究 Fe-C（ ）合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)合金的晶型為體心立方結(jié)構(gòu)，其合金八面體間隙的 C 原子會發(fā)生躍遷而移動到另外的相鄰的八面體間過程中減弱了外界的振動，產(chǎn)生了內(nèi)耗，發(fā)生了阻尼效應(yīng)。隨后學(xué)者的體心立方結(jié)構(gòu)合金中也發(fā)現(xiàn)了相似的現(xiàn)象，因此將具有相同現(xiàn)象的弛弛豫效應(yīng)[38]。如上文所述，目前常見的位錯型、孿晶型、鐵磁型、復(fù)過程中由于其發(fā)生了不可逆的轉(zhuǎn)變，因此普遍存在使用壽命短、受環(huán)定的現(xiàn)象。而 Snoek 型高阻尼合金則屬于點(diǎn)缺陷阻尼合金。點(diǎn)缺陷是陷的運(yùn)動是可逆的，并不會破壞合金的組織和性能，但能有效地產(chǎn)生示是體心立方金屬位于八面體間隙的間隙原子在不同位置所造成的晶通常使用偶極子形狀因子 來表示[40]。當(dāng)合金受到外加應(yīng)力作用時(shí)，子會發(fā)生擴(kuò)散和躍遷，，間隙原子在擴(kuò)散和躍遷時(shí)消耗的能量即為耗散能 弛豫過程，如圖 1.3 所示[41]。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23;TG166.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 李明珠;蔡云;馮國明;;形變熱處理對雙相鈦合金力學(xué)性能的影響[J];熱加工工藝;2015年17期

2 賀小明;劉文烽;范建新;蔡

本文編號：2618514