【摘要】：TC4(Ti-6A1-4V)鈦合金是最早開發(fā)并成功應(yīng)用的雙相鈦合金,也是迄今為止應(yīng)用最廣泛的鈦合金。但是,由于目前熱處理強(qiáng)化后的TC4鈦合金強(qiáng)度、硬度不能滿足某些特殊情況下構(gòu)件的性能要求,所以,研發(fā)新型的熱處理工藝,進(jìn)一步提高TC4鈦合金的力學(xué)性能,對(duì)提高其安全性、拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。本課題以工程上應(yīng)用最廣泛的TC4鈦合金為研究對(duì)象,采用固溶+冷變形+時(shí)效的熱處理工藝對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,借助光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電鏡、顯微硬度計(jì)、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備觀察和分析不同熱處理工藝對(duì)組織和力學(xué)性能的影響,得到以下主要結(jié)論:(1)與熱處理后的合金相比,原始態(tài)TC4鈦合金的強(qiáng)度屬中等,塑性最好;TC4鈦合金的原始組織由約86.5%的α相和13.5%的β相組成,室溫下具有中等強(qiáng)度(σO.2=821 MPa,σb=872 MPa),塑性比熱處理后的好,硬度較低,綜合性能一般。(2)TC4鈦合金經(jīng)940 ℃和955 ℃固溶后適宜進(jìn)行預(yù)變形后再時(shí)效,固溶溫度對(duì)該合金固溶后直接時(shí)效和固溶后添加預(yù)變形再時(shí)效的組織和力學(xué)性能的影響不一致;TC4鈦合金經(jīng)不同溫度固溶后直接在500 ℃下時(shí)效時(shí),隨著固溶溫度的升高,等軸初生α相含量減少,尺寸也減小,β轉(zhuǎn)變組織的數(shù)量逐漸增加,合金時(shí)效后的強(qiáng)度和硬度先升高后降低,955 ℃固溶后直接時(shí)效時(shí)達(dá)到峰值,而塑性下降。TC4鈦合金在940 ℃和955 ℃下固溶后,分別經(jīng)過(guò)相同變形量預(yù)冷變形再時(shí)效后,前者的強(qiáng)度、硬度和塑性均高于后者,強(qiáng)度的變化趨勢(shì)與固溶后不經(jīng)預(yù)變形而直接時(shí)效的有所不同。(3)TC4鈦合金固溶后添加預(yù)冷變形可以促進(jìn)時(shí)效過(guò)程中次生α相的析出,且固溶溫度為940℃時(shí),預(yù)變形對(duì)促進(jìn)次生α相析出的作用較955℃固溶時(shí)強(qiáng);在其他條件相同的情況下,隨著預(yù)變形量的增加,次生α相的含量增加,尺寸減小,合金時(shí)效后的強(qiáng)度和硬度均逐漸上升,TC4鈦合金經(jīng)940 ℃固溶,變形后再時(shí)效的強(qiáng)度明顯高于固溶后直接時(shí)效后的強(qiáng)度,且保持較好的塑性;固溶溫度為955℃時(shí),添加預(yù)變形對(duì)強(qiáng)度、硬度的提高程度不如940 ℃固溶時(shí)的顯著。(4)時(shí)效溫度太高時(shí),時(shí)效析出的次生α相減少,對(duì)合金的力學(xué)性能不利;在其他工藝參數(shù)不變的條件下,隨著時(shí)效溫度的升高,次生α相的寬度有所增加,而數(shù)量有所減少,合金的強(qiáng)度、硬度先升高再下降,而延伸率先下降再上升后又下降,500 ℃時(shí)效時(shí)取得最高的強(qiáng)度并保持較好的塑性,600℃時(shí)效時(shí)綜合性能最差。(5)TC4鈦合金在時(shí)效過(guò)程中,隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),次生α相的含量先增加,達(dá)到平衡后會(huì)粗化,合金的強(qiáng)度、硬度和塑性隨組織的變化而變化;在其他參數(shù)不變時(shí),隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),析出的次生α相含量逐漸增加,后期隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),組織開始逐漸粗化;強(qiáng)度、硬度及塑性在整個(gè)過(guò)程中先升高后降低。
【圖文】：

圍為０．２３－１．０；近（３型欽合金，＆范圍為１．０－１．５；亞穩(wěn)定ｐ型鈦合金，＆范圍為１．５－２．８；逡逑穩(wěn)定Ｐ型鈦合金的Ｐ相穩(wěn)定系數(shù)＆大于２．８［２３’２６］。按照相組成與Ｐ相穩(wěn)定元素含量的關(guān)逡逑系，結(jié)合（３相穩(wěn)定系數(shù)可將鈦合金的分類表示成圖１－３所示的二維示意圖。每類合逡逑金的組織與性能特點(diǎn)都是獨(dú)特的，應(yīng)該有明確的依據(jù)進(jìn)行分類，利用Ｐ相穩(wěn)定系數(shù)＆逡逑對(duì)鈦合金進(jìn)行系統(tǒng)地分類，可以為人們?cè)谘邪l(fā)鈦合金時(shí)如何添加合金元素提供一定的理逡逑論指導(dǎo)。逡逑Ｔ／Ｖ邐｜邐｜邐丨：邐！逡逑？型丨近ａ型丨ａ＋ｐ型｜近Ｐ型ｊ亞穩(wěn)ｐ型｜穩(wěn)定ｐ型逡逑ＴｈＵＡ邋｜＼邋Ｉ逡逑Ｕｆｆｉｊ邐ｖ＇／ｆ邐！邐＼ｉ逡逑Ｉ邋＼邋＇邋！邐＼！逡逑＞邐ｉ邐；邐！邐Ｖ邐＾逡逑０邋Ｃ0邐Ｃ，邐Ｃｋ邐Ｃ２邐Ｃ６邐ｗｔ．％逡逑ｐ穩(wěn)定元素含量逡逑ＩＩ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐Ｉ邐＾逡逑０邋０．０７邋０．２３邐１邐１．５邐２．８邋［ｐ逡逑圖１－３鈦合金的分類與Ｐ相穩(wěn)定元素含量的關(guān)系逡逑３逡逑

邐0ｉ（＼ｙ％邋＊邋Ｔｉ２０0／ｏＶ逡逑Ｐ穩(wěn)定化型逡逑圖１－２鈦合金按亞穩(wěn)狀態(tài)分類的三維相圖示意圖［２３］逡逑由于鈦合金中Ｐ相的體積分?jǐn)?shù)及穩(wěn)定程度與Ｐ相穩(wěn)定元素的含量及種類有直接關(guān)系，逡逑為了衡量鈦合金中Ｐ相的穩(wěn)定程度，或者對(duì)鈦合金進(jìn)行分類，目前常常用Ｐ相穩(wěn)定系數(shù)逡逑的大小來(lái)對(duì)鈦合金進(jìn)行分類。（３相穩(wěn)定系數(shù)是指合金中各（３相穩(wěn)定元素濃度與各自的臨逡逑界濃度（能使退火態(tài)合金中Ｐ相體積分?jǐn)?shù)多５０％時(shí)的濃度）的比值之和，ＢＰ逡逑Ｋ＾＾Ｌ邋＋邋￣邋＋邋＾Ｌ邋＋邋．．．邋＋邋＾ｒ邐（１－１）逡逑＾邋Ｑ／邋Ｑｉ邋Ｑｉ邐Ｃｋｎ逡逑式中：Ｃ，，．表示ｉ元素在鈦合金中的實(shí)際濃度，Ｇ表示ｉ元素的臨界濃度，常用鈦合金ｐ相逡逑穩(wěn)定元素的臨界濃度如表１－１所示［２３］。根據(jù)ｐ相穩(wěn)定系數(shù)的大小將鈦合金分為：ａ型鈦逡逑合金，其＆范圍為０－０．０７；近ａ型鈦合金，心范圍為０．０７－０．２３；邋ａ＋ｐ型鈦合金，心范逡逑圍為０．２３－１．０；近（３型欽合金，＆范圍為１．０－１．５；亞穩(wěn)定ｐ型鈦合金，＆范圍為１．５－２．８；逡逑穩(wěn)定Ｐ型鈦合金的Ｐ相穩(wěn)定系數(shù)＆大于２．８［２３’２６］。按照相組成與Ｐ相穩(wěn)定元素含量的關(guān)逡逑系，結(jié)合（３相穩(wěn)定系數(shù)可將鈦合金的分類表示成圖１－３所示的二維示意圖。每類合逡逑金的組織與性能特點(diǎn)都是獨(dú)特的
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.23;TG156

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2669839