【摘要】：當(dāng)今社會的高度發(fā)展離不開石油、天然氣等天然能源的支持,但勘探開采較容易的陸地天然能源在日益減少,可替代能源的相關(guān)研究也尚不成熟,能源問題成了限制當(dāng)今社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要原因。在這種情況下很多國家把目光瞄向了自然資源豐富的海洋,開始大力發(fā)展海洋工程。由于服役環(huán)境的特殊,材料的選用對于各海洋工程至關(guān)重要。Ti80(Ti-6.0Al-3.0Nb-2.0Zr-1.0Mo)合金具有高強(qiáng)、高韌、可焊、耐蝕等優(yōu)異的綜合性能,是我國廣泛使用的海用鈦合金。本文在Ti80合金的基礎(chǔ)上展開研究,對其合金成分進(jìn)行優(yōu)化,以期進(jìn)一步提升其強(qiáng)度和耐蝕性能以應(yīng)對深海油氣田開采等服役條件較苛刻的海洋工程。本文在Ti80和前期研究基礎(chǔ)上采用正交實驗的方法,設(shè)置了四因素(Al、Nb、Zr、Mo含量)四水平的16組正交實驗組,分別以真空退火處理后合金的斷裂韌性、室溫壓縮強(qiáng)度、室溫壓縮極限應(yīng)變量、電化學(xué)腐蝕性能為指標(biāo)進(jìn)行正交計算,然后綜合考慮鈦合金設(shè)計的Al、Mo當(dāng)量準(zhǔn)則得到了優(yōu)化組分合金。通過實驗驗證了其各項性能,并對各組分合金組織和性能做了分析研究。通過對比各組分的Ti-Al-Nb-Zr-Mo基合金組織發(fā)現(xiàn),正交組中各組分合金的相組成均為主要相α-Ti+少量β相,β相體積分?jǐn)?shù)跟合金中β穩(wěn)定元素含量有關(guān)。各組分合金鑄態(tài)組織主要為取向不同、大小不一的α片層交錯排列形成的網(wǎng)籃組織。隨著合金化程度提高,組織變細(xì),出現(xiàn)少量針狀組織,合金化較高的合金中還可能出現(xiàn)少量初生不規(guī)則α相。Al和Mo能起到細(xì)化晶粒的作用。真空退火處理后各組分合金組織變得粗大、均勻。彎曲實驗表明,Ti-Al-Nb-Zr-Mo系合金的室溫斷裂韌性均較好,屬于韌性斷裂。常溫壓縮實驗顯示,Al、Nb、Zr、Mo都能通過固溶強(qiáng)化使合金強(qiáng)度得到不同程度提升,Al和Zr對合金塑性不利,一定含量的Nb和Mo對合金塑性有利。熱處理后各組分合金室溫壓縮性能整體表現(xiàn)為強(qiáng)度下降而塑性上升。Nb、Zr、Mo能通過提升鈦合金鈍化能力使其耐蝕性能提升,但當(dāng)Mo、Nb等β穩(wěn)定元素添加較多時,β相增多,相間電勢差會導(dǎo)致α相發(fā)生選擇性溶解使合金腐蝕性能下降。通過正交計算結(jié)合相關(guān)鈦合金設(shè)計準(zhǔn)則得到的優(yōu)化組分為Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo,其熱處理組織呈均勻網(wǎng)籃狀,力學(xué)性能與電化學(xué)腐蝕性能均表現(xiàn)優(yōu)異。對優(yōu)化組分合金添加0.3wt.%Ni(Ti-5.5Al-3.0Nb-3.0Zr-1.2Mo-0.3Ni)后組織得到了細(xì)化,室溫壓縮強(qiáng)度及電化學(xué)腐蝕性能得到進(jìn)一步提升,室溫斷裂韌性和塑性有所降低。
【圖文】：

圖 1-1 俄羅斯臺風(fēng)級核潛艇海用耐蝕鈦合金研究現(xiàn)狀 美國的航空航天用鈦合合金便是在其基礎(chǔ)上，，選取了強(qiáng)度適中在海水環(huán)境蝕性的鈦合金，如 Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、LI、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等[14]。后來美國 Timetal 了名為 Timetal 5111 的近α型海船用鈦合金，其名義Sn-1V-0.8Mo-0.1Si[15]。該合金在具有良好的斷裂韌又具有良好的室溫蠕變性能，其沖擊韌性優(yōu)異，約該鈦合金易焊接，可以進(jìn)行大規(guī)格型材的焊接，目海洋工程。后來為了提高其耐縫隙腐蝕性能，又在加了 0.05%的 Pt，開發(fā)出 Timetal 5111Pt 合金，使應(yīng)用于石油化工及氯堿工業(yè)。圖 1-2 是美國用鈦合號深潛器的載人倉，表 1-6 為美國艦船用候選鈦合

圖 1-1 俄羅斯臺風(fēng)級核潛艇海用耐蝕鈦合金研究現(xiàn)狀 美國的航空航天用鈦合金鈦合金便是在其基礎(chǔ)上，選取了強(qiáng)度適中在海水環(huán)境下腐蝕性的鈦合金，如 Ti-0.3Mo-0.8Ni、Ti-3Al-2.5V、TELI、Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr 等[14]。后來美國 Timetal 公出了名為 Timetal 5111 的近α型海船用鈦合金，其名義-1Sn-1V-0.8Mo-0.1Si[15]。該合金在具有良好的斷裂韌性時又具有良好的室溫蠕變性能，其沖擊韌性優(yōu)異，約為且該鈦合金易焊接，可以進(jìn)行大規(guī)格型材的焊接，目前類海洋工程。后來為了提高其耐縫隙腐蝕性能，又在 T添加了 0.05%的 Pt，開發(fā)出 Timetal 5111Pt 合金，使得以應(yīng)用于石油化工及氯堿工業(yè)。圖 1-2 是美國用鈦合金文號深潛器的載人倉，表 1-6 為美國艦船用候選鈦合金。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23

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本文編號：2659579