采用室溫電化學(xué)充氫方法對航天器用TC4鈦合金式樣充氫,通過對充氫式樣進(jìn)行XRD分析,探究了不同氫含量對鈦合金結(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持久加載及逐級加載等力學(xué)實驗,對不同氫含量的TC4合金的氫脆敏感性進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)逐級加載不僅能提供氫脆敏感性的定性結(jié)論,同時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

【文章頁數(shù)】：8 頁

【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%實驗樣品。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，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實驗結(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實驗結(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，將對其力學(xué)性能帶來了顯著的影響。2.2 氫對機(jī)械性能的影響

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]復(fù)合環(huán)形氣瓶爆裂原因分析[J]. 燕翔,劉禮軍,姜濤.  失效分析與預(yù)防. 2018(06)
[2]Ti-6Al-4V鈦合金組織對其室溫吸氫行為的影響[J]. 劉松,王寅崗,孫勝.  稀有金屬材料與工程. 2017(08)
[3]熱氫化處理對等軸晶α+β相鈦合金組織與性能的影響[J]. 解璟昊,宋揚,舒圣誠.  材料保護(hù). 2017(01)
[4]氫對鈦合金組織及加工性能的影響[J]. 戚運蓮,洪權(quán),盧亞鋒,曾立英,杜宇,劉偉,郭萍.  鈦工業(yè)進(jìn)展. 2010(06)
[5]氫對鈦合金的影響[J]. 楊彥濤,王禹華,張永洋.  材料開發(fā)與應(yīng)用. 2009(01)
[6]置氫Ti-6Al-4V合金組織與室溫變形行為的相關(guān)性[J]. 李曉華,孫中剛,侯紅亮,王耀奇,李志強(qiáng).  北京科技大學(xué)學(xué)報. 2008(08)
[7]分級加載試驗評定氫脆敏感性研究[J]. 李西顏,劉春立,王曉薇,張濤.  宇航材料工藝. 2007(06)
[8]鈦及其合金氫脆研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J]. 楊長江,梁成浩,王華.  腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù). 2006(02)
[9]氫對兩種新型鈦合金強(qiáng)度和塑性的影響[J]. 何曉,沈保羅,曹建玲,邱紹宇,鄒紅.  稀有金屬材料與工程. 2003(05)
[10]氫對Ti-Al-V鈦合金的沖擊韌性及組織的影響[J]. 李遠(yuǎn)睿,黃本多,何慶兵.  重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2003(02)

博士論文
[1]氫在TC4鈦合金擴(kuò)散連接中的作用機(jī)理研究[D]. 劉宏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009



本文編號：3613535