本文關(guān)鍵詞：熱處理對TC4鈦合金組織、性能的影響及殘余應(yīng)力消除方法的研究

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【摘要】：隨著航空裝備的發(fā)展,整體、精密、高性能和輕量化的復雜構(gòu)件應(yīng)用越來越廣泛,已經(jīng)成為新一代航空裝備的核心。鈦及鈦合金由于具有密度低、比強度高(優(yōu)于鋁合金和鋼)、耐熱、抗沖擊、耐腐蝕等優(yōu)異性能,而且與飛機上大量使用的復合材料有很好的電化學相容性,所以在航空航天中的使用量越來越多。鈦合金在武器裝備上的應(yīng)用量甚至已成為衡量一些武器系統(tǒng)先進性的一個重要指標。但是由于很難制造出滿足某些特殊性能要求的構(gòu)件,或者制造出來的構(gòu)件的尺寸不夠穩(wěn)定,鈦合金在我國航空航天中的應(yīng)用與先進航空航天大國相比仍有相當大的差距,所以對鈦合金及其制備技術(shù)開展系統(tǒng)性的研究具有深遠意義。本文以在航空航天中應(yīng)用最為廣泛的鈦合金TC4為研究對象,首先研究了熱處理對TC4鈦合金力學性能和殘余應(yīng)力的影響,然后借助光學顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等分析了熱處理參數(shù)變化時顯微組織的變化,探究了不同熱處理制度下試樣力學性能變化的根本原因。最后,采用了深冷處理和預拉伸方法消除熱處理后的殘余應(yīng)力,研究了深冷時間、深冷急熱、冷熱循環(huán)和預拉伸對殘余應(yīng)力的消除效果,并分析了在殘余應(yīng)力消除過程中力學性能和硬度的變化。研究結(jié)果表明,冷卻速率對組織的轉(zhuǎn)變機制具有決定性作用。隨著冷卻速度的提高,組織轉(zhuǎn)變方式由原子擴散為主向馬氏體轉(zhuǎn)變占主導地位變化;高溫β相在較低的冷卻速率下轉(zhuǎn)變成等軸α相,而在較高的冷卻速度下則轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相ɑ'。這會提高試樣的強度,但是會使塑性和沖擊韌性降低。在雙態(tài)組織中,等軸α相體積分數(shù)的減少、次生α相長寬比的降低以及次生α相體積分數(shù)的增加會促使強度增高。等軸α相對塑性具有積極作用,而次生α相對塑性則具有消極作用。等軸α相晶粒尺寸和次生α相尺寸都會影響沖擊韌性,兩者的影響權(quán)重由各自的體積分數(shù)決定。微觀組織不同會導致應(yīng)力松弛能力不同;即使熱處理后微觀組織相同,但是當微觀組織中的不同相的比例不同以及不同相的晶粒尺寸不同也會對殘余應(yīng)力產(chǎn)生明顯的影響。時效溫度和時效時間的變化都會對微觀組織產(chǎn)生不同程度的變化,但是這些變化都不足對殘余應(yīng)力產(chǎn)生顯著影響。在對殘余應(yīng)力消除方法的研究中,我們發(fā)現(xiàn)深冷最多可以將殘余應(yīng)力消減52.87%,深冷急熱最多可以將殘余應(yīng)力消減58.00%,冷熱循環(huán)最多可以將殘余應(yīng)力消減67.82%,而預拉伸則可以將殘余應(yīng)力消減72.88%。經(jīng)過三次深冷急熱和三次冷熱循環(huán)以后,殘余應(yīng)力已經(jīng)降到一個比較穩(wěn)定的水平,再進行循環(huán)已無必要。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG166.5;TG146.23

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