發(fā)布時間：2017-08-14 17:06

  本文關(guān)鍵詞：基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的高溫近α-Ti合金成分規(guī)律探究及設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 近α-Ti合金 團(tuán)簇加連接原子模型 合金設(shè)計(jì) 高溫氧化

【摘要】：高溫近α-Ti合金具有優(yōu)異的抗氧化性能、耐蝕性能和綜合力學(xué)性能,目前使用溫度已達(dá)600℃,是航空發(fā)動機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料。為滿足其使役性能,通常添加多種溶質(zhì)元素共同合金化,包括HCP-a穩(wěn)定元素Al, BCC-β穩(wěn)定元素Mo、Nb、Si,中性元素Sn、Zr,以及微量稀土元素Y、Ce、Nd等。多組元共同合金化勢必帶來了合金成分的復(fù)雜性,故人們提出了Al當(dāng)量法、d電子合金理論、電子濃度法與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等諸多成分設(shè)計(jì)方法,以實(shí)現(xiàn)多個共同添加的元素合理匹配,從而確保高溫Ti合金的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。高溫近α-Ti合金為固溶體合金,根據(jù)固溶體結(jié)構(gòu)的局域化學(xué)短程序特征,本工作利用本組提出的的“團(tuán)簇加連接原子”穩(wěn)定固溶體結(jié)構(gòu)模型來探究近α-Ti合金的成分規(guī)律。在此團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型中,與基體Ti具有強(qiáng)交互作用的溶質(zhì)原子位于團(tuán)簇心部,與基體Ti形成最近鄰配位多面體團(tuán)簇,以代表固溶體結(jié)構(gòu)的化學(xué)短程序,與基體具有弱交互作用的溶質(zhì)原子則位于團(tuán)簇之間的間隙位置,作為連接原子,與Ti同族的元素則與基體一起位于團(tuán)簇殼層位置,從而可給出團(tuán)簇成分式[團(tuán)簇](連接原子)x(x為連接原子個數(shù))。選取典型600℃使用的近α-Ti合金Ti1100作為參比合金,其團(tuán)簇成分式可表達(dá)為[Al-(Ti13.7Zr03)] (Al0.69Sn0.18Si0.12Mo0.03),恰為連接原子x=1的情形。在此基礎(chǔ)上,利用相似元素替代原則分別將Ta和Nb替換Mo、Hf替換Zr,得到[Al-(Ti13.7(Zr,Hf)o.3)](Al0.69Sn0.18Si0.1(Mo,Ta,Nb)0.03)三個系列合金成分,分別為Zro.3系列、Hf0,3系列和Zr0.15Hf0.15系列。利用真空銅模吸鑄快冷技術(shù)制備直徑為6 mm的合金棒,在950℃/1 h固溶處理并水淬,并在560℃/6 h進(jìn)行時效處理；利用X射線衍射儀(XRD)檢測系列合金的相結(jié)構(gòu)組成,金相顯微鏡(OM)觀察合金組織形貌；高溫抗氧化實(shí)驗(yàn)在馬弗爐(KSL-1400X-A2)中進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)溫度分別為650℃和800℃,并利用掃描電子顯微鏡觀測樣品氧化層形貌及厚度；利用Gamry電化學(xué)工作站測試合金腐蝕性能：MTS拉伸試驗(yàn)機(jī)測試合金在室溫與高溫下的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Hf、Ta、Nb元素的添加降低了合金p結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,使合金從片層p轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈容Sα與片層組織共存的雙態(tài)組織,但系列合金的硬度變化不明顯,約為330-370 HV,常溫拉伸性能相較于Ti1100合金強(qiáng)度和塑性均有提高,650℃高溫拉伸性能強(qiáng)度與Ti1100相當(dāng),高溫下塑性大大提升。在Ta/Nb替代Mo的Zro.3系列中,[Al-(Ti13.7Zr0.3)] (Al0.69Sn0.18Mo0.01Ta0.01Nb0.01Si0.1)合金在650℃和800℃抗氧化能力均較強(qiáng),其在800℃下的氧化增重僅為5.6 mg/cm2,氧化層厚度僅為17 μm,是參比合金Ti100的1/3,且自腐蝕電壓較參比合金有所提高,高溫拉伸強(qiáng)度與參比合金持平,約為550 MPa,但塑性大大提升,延伸率6=45%。在此基礎(chǔ)上,在Hf替代Zr形成的Hf0.3系列中,Hf元素的添加進(jìn)一步提升了系列合金的抗氧化性能及耐蝕性能,其中Al-(Ti13.7Hf0.3)-(A10.69Sn0.18Ta0.015Nb0.015Si0.1)合金在800℃抗氧化性能最強(qiáng),氧化增重為2.6 mg/cm2,氧化層厚度僅為15μm;Zr0.1sHf0.15系列中Zr、Hf、Ta與Nb共同作用下合金為雙態(tài)組織,優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和抗高溫氧化能力。
【關(guān)鍵詞】：近α-Ti合金 團(tuán)簇加連接原子模型 合金設(shè)計(jì) 高溫氧化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 引言11-12
• 1 緒論12-29
• 1.1 鈦合金的分類及其應(yīng)用12-17
• 1.1.1 傳統(tǒng)鈦合金12-14
• 1.1.2 鈦鋁化合物基鈦合金14-16
• 1.1.3 鈦合金應(yīng)用16-17
• 1.2 高溫鈦合金的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀17-21
• 1.2.1 國外高溫鈦合金發(fā)展19-20
• 1.2.2 國內(nèi)高溫鈦合金發(fā)展20-21
• 1.2.3 高溫鈦合金發(fā)展趨勢21
• 1.3 高溫鈦合金的合金元素、組織與性能21-24
• 1.3.1 高溫鈦合金中的元素種類與作用21-23
• 1.3.2 高溫鈦合金中常見的微觀組織與性能23-24
• 1.4 高溫鈦合金的合金設(shè)計(jì)方法24-27
• 1.4.1 Al當(dāng)量法25
• 1.4.2 d-電子理論合金設(shè)計(jì)法25-26
• 1.4.3 電子濃度e/a法26
• 1.4.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法26-27
• 1.4.5 團(tuán)簇加連接原子結(jié)構(gòu)模型27
• 1.5 選題意義及本課題研究內(nèi)容27-29
• 1.5.1選題意義27-28
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容28-29
• 2 基于團(tuán)簇加連接原子結(jié)構(gòu)模型的合金成分設(shè)計(jì)29-34
• 2.1 α-Ti固溶體合金的“團(tuán)簇+連接原子”結(jié)構(gòu)模型29-31
• 2.2 高溫鈦合金成分設(shè)計(jì)與優(yōu)化31-34
• 3 實(shí)驗(yàn)方法34-38
• 3.1 合金制備34-35
• 3.2 熱處理工藝35
• 3.3 組織分析35
• 3.4 硬度分析35-36
• 3.5 XRD分析36
• 3.6 氧化性能測試36
• 3.7 電化學(xué)腐蝕性能測試36
• 3.8 力學(xué)性能測試36-38
• 4 [Al-(Ti_(13.7)Zr_(0.3))](Al_(0.69)Sn_(0.18)Si_(0.1)(Mo/Ta/Nb)_(0.03))系列合金38-53
• 4.1 [Al-(Ti_(13.7)Zr_(0.3))](Al_(0.69)Sn_(0.18)Si_(0.1)(Mo/Ta/Nb)_(0.03))系列合金結(jié)構(gòu)與組織研究38-44
• 4.1.1 XRD分析38-40
• 4.1.2 組織分析40-41
• 4.1.3 硬度分析41-43
• 4.1.4 元素分布43-44
• 4.2 抗氧化性能分析44-48
• 4.3 腐蝕性能分析48-50
• 4.4 力學(xué)性能分析50-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 5 [Al-(Ti_(13.7)Zr_(0.3))](Al_(0.69)Sn_(0.18)Si_(0.1)(Mo/Ta/Nb)_(0.03))系列合金53-62
• 5.1 [Al-(Ti_(13.7)Zr_(0.3))](Al_(0.69)Sn_(0.18)Si_(0.1)(Mo/Ta/Nb)_(0.03))系列合金結(jié)構(gòu)與組織研究53-57
• 5.1.1 XRD分析53-55
• 5.1.2 組織分析55-56
• 5.1.3 硬度分析56-57
• 5.2 抗氧化性能分析57-59
• 5.3 腐蝕性能分析59-60
• 5.4 本章小結(jié)60-62
• 6 [Al-(Ti_(13.7)Zr_(0.3))](Al_(0.69)Sn_(0.18)Si_(0.1)(Mo/Ta/Nb)_(0.03))系列合金62-74
• 6.1 [Al-(Ti_(13.7)Zr_(0.3))](Al_(0.69)Sn_(0.18)Si_(0.1)(Mo/Ta/Nb)_(0.03))系列合金結(jié)構(gòu)與組織研究62-68
• 6.1.1 XRD分析62-64
• 6.1.2 組織分析64-65
• 6.1.3 硬度分析65-66
• 6.1.4 元素分布66-68
• 6.2 抗氧化性能分析68-71
• 6.3 腐蝕性能分析71-73
• 6.4 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

【參考文獻(xiàn)】

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4 王清江;劉建榮;楊銳;;高溫鈦合金的現(xiàn)狀與前景[J];航空材料學(xué)報(bào);2014年04期

5 李群;王清;董闖;王英敏;羌建兵;;亞穩(wěn)β-Ti合金設(shè)計(jì)方法[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2013年05期

6 于晶晶;王清;李曉娜;石堯;董闖;冀春俊;徐香明;;基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的鎳基高溫合金成分設(shè)計(jì)[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2013年08期

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中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號：673733