采用室溫電化學(xué)充氫方法對(duì)航天器用TC4鈦合金式樣充氫,通過對(duì)充氫式樣進(jìn)行XRD分析,探究了不同氫含量對(duì)鈦合金結(jié)構(gòu)的影響,分析了不同氫含量的合金組織結(jié)構(gòu)變化及分布情況。采用慢應(yīng)變速率拉伸、200h持久加載及逐級(jí)加載等力學(xué)實(shí)驗(yàn),對(duì)不同氫含量的TC4合金的氫脆敏感性進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)逐級(jí)加載不僅能提供氫脆敏感性的定性結(jié)論,同時(shí)給出不同氫含量合金試樣的承載載荷定量數(shù)據(jù)。 

【文章來源】：有色金屬工程. 2020,10(11)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

TC4不同氫含量下表面結(jié)構(gòu)的XRD圖譜

圖2為充氫TC4合金由表面至機(jī)械磨拋至不同深度處的XRD圖譜。其中，圖2(a）為標(biāo)稱氫含量0.012 5%實(shí)驗(yàn)樣品。由圖2可見，充氫后式樣表面結(jié)構(gòu)為α、β相及γ-TiH2鈦氫化合物。當(dāng)式樣表面被磨拋一定厚度（36μm）后，XRD圖譜中γ-TiH2鈦氫化合物對(duì)應(yīng)的衍射峰強(qiáng)度變得非常微弱，在該位置處合金的主要結(jié)構(gòu)為α、β相。這種變化趨勢(shì)在56μm更加明顯，通過XRD幾乎觀察不到該深度位置處的γ-TiH2鈦氫化合物衍射峰。對(duì)于標(biāo)稱氫含量分別為0.012 5%、0.05%、0.1%的式樣，其表面分別機(jī)械去除56、60、79、83μm表層后，氫化物層對(duì)應(yīng)的衍射峰幾乎無法通過XRD清晰分辨，表明在該深度處γ-TiH2鈦氫化合物含量非常低。通過圖1和圖2的結(jié)果可以判斷，TC4鈦合金在不同的充氫工藝條件下，從未充氫的α+β雙相結(jié)構(gòu)變?yōu)棣?β+γ-TiH2三相結(jié)構(gòu)[13]。同時(shí)，由于H在鈦合金中的擴(kuò)散速度極慢[5]，這些H與Ti形成γ-TiH2鈦氫化合物后在距表面一定深度處富集，很難迅速擴(kuò)散到合金更深處位置。即使通過改變充氫工藝參數(shù)大幅度提高氫含量，鈦氫化合物也僅富集在鈦合金的淺表層（小于100μm）。當(dāng)把淺表層合金去除后，TC4合金仍保持了α+β雙相結(jié)構(gòu)。圖3為標(biāo)稱氫含量0.1%樣品橫截面SEM二次電子相照片。其中圖3(a）為試樣與氫接觸的表面及過渡區(qū)域，圖3(b）、（c）和（d）分別為該樣品表面區(qū)域、過渡區(qū)域及芯部區(qū)域的高倍組織照片。由圖3(a）可見，其顯微組織隨著表面向芯部深入而變化。由于氫在Ti合金中擴(kuò)散速度較慢，表面氫含量較高，氫大量富集導(dǎo)致組織中形成了條形和針狀組織。而在式樣芯部由于其氫含量極低（接近未充氫樣品），其顯微組織仍然保留為黑色α相基體和顆粒狀白色β相。圖3(c）為表面組織和芯部組織的過渡區(qū)域，其組織為白色β相顆粒與針狀組織的復(fù)合形態(tài)。SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)合XRD結(jié)果表明，TC4合金經(jīng)化學(xué)充氫后，試樣表面組織由于雙相比例的變化和TiH2化合物的析出，與基體組織產(chǎn)生了明顯的區(qū)別。液態(tài)充氫TC4鈦合金與高溫置氫TC4鈦合金表現(xiàn)出類似的組織形貌演變情況，氫導(dǎo)致共析產(chǎn)物和馬氏體相的形成[14]。鈦合金充氫后結(jié)構(gòu)和組織的變化，將對(duì)其力學(xué)性能帶來了顯著的影響。

圖3為標(biāo)稱氫含量0.1%樣品橫截面SEM二次電子相照片。其中圖3(a）為試樣與氫接觸的表面及過渡區(qū)域，圖3(b）、（c）和（d）分別為該樣品表面區(qū)域、過渡區(qū)域及芯部區(qū)域的高倍組織照片。由圖3(a）可見，其顯微組織隨著表面向芯部深入而變化。由于氫在Ti合金中擴(kuò)散速度較慢，表面氫含量較高，氫大量富集導(dǎo)致組織中形成了條形和針狀組織。而在式樣芯部由于其氫含量極低（接近未充氫樣品），其顯微組織仍然保留為黑色α相基體和顆粒狀白色β相。圖3(c）為表面組織和芯部組織的過渡區(qū)域，其組織為白色β相顆粒與針狀組織的復(fù)合形態(tài)。SEM實(shí)驗(yàn)結(jié)合XRD結(jié)果表明，TC4合金經(jīng)化學(xué)充氫后，試樣表面組織由于雙相比例的變化和TiH2化合物的析出，與基體組織產(chǎn)生了明顯的區(qū)別。液態(tài)充氫TC4鈦合金與高溫置氫TC4鈦合金表現(xiàn)出類似的組織形貌演變情況，氫導(dǎo)致共析產(chǎn)物和馬氏體相的形成[14]。鈦合金充氫后結(jié)構(gòu)和組織的變化，將對(duì)其力學(xué)性能帶來了顯著的影響。2.2 氫對(duì)機(jī)械性能的影響

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3613535