發(fā)布時間：2017-10-22 14:03

  本文關(guān)鍵詞：Cr、Nd元素對粉末冶金鈦合金組織與性能的影響研究

  更多相關(guān)文章： 鈦合金 固溶時效 抗拉強度 稀土元素 細(xì)化晶粒 錯配度

【摘要】：鈦合金因具有密度小,比強度高、工作溫度范圍廣等優(yōu)點,在軍用和民用上都得到了廣泛應(yīng)用。例如在航空航天中,對鈦合金材料的性能需求日益苛刻,要求其具有較好的室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能、蠕變性、抗氧化性等,這就需要我們對鈦合金的性能進(jìn)行提升。本文對鈦合金中加入Cr、Nd元素進(jìn)行研究,目的是在保持原良好性能的前提下,更進(jìn)一步提高其室溫抗拉強度及延伸率。其中稀土元素作為一種重要的添加劑,能夠吸收基體材料中的氧、碳、氮等雜質(zhì)元素同時凈化晶界,細(xì)化組織,可以有效提高材料的性能。本文通過致密度分析、金相分析、斷口分析、XRD分析、SEM分析、TEM分析等方法,對冷等靜壓(CIP)+真空燒結(jié)法制備(簡稱CIP法)的含Cr、Nd元素的Ti-6Al-4V合金進(jìn)行研究。在混料和制樣時,采用Ar氣保護(hù)加入單質(zhì)Cr與Nd元素的方法。首先對TC4合金中加入1%-4%Cr元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),研究不同含量的Cr元素對TC4合金的影響,目的是讓合金在原TC4的抗拉強度上得到提高。其次,在不同固溶溫度、時效溫度對合金進(jìn)行熱處理,選擇合適的熱處理工藝并對熱處理后的合金進(jìn)行微觀分析。最后在Ti-6Al-4V-2Cr中加入稀土Nd元素,在熱處理后,研究Nd元素對合金組份的影響并對組織細(xì)化效果進(jìn)行討論,通過高分辨透射電子顯微鏡對析出物進(jìn)行分析。結(jié)果表明:冷等靜壓280MPa保壓30分鐘再真空燒結(jié)制備的鈦合金組織較致密,并未發(fā)現(xiàn)有明顯的成分偏析情況。加入Cr元素后,隨Cr元素含量的升高,合金的抗拉強度明顯升高,而延伸率逐漸下降,由于本研究的目的是為了提高材料的延伸率并兼顧抗拉強度,故選擇Cr的加入量為2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),此時抗拉強度比未加入Cr元素時增強6.7%,抗壓強度為和延伸率分基本保持不變。在熱處理試驗中發(fā)現(xiàn),隨著固溶溫度的升高,合金的抗拉強度和延伸率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,在920℃時達(dá)到最高;在時效中,隨溫度從460℃開始上升,合金抗拉強度明顯下降,但延伸率升高,結(jié)合本試驗的目的,得出合適的熱處理工藝為:固溶920℃×50min(WQ)+時效460℃×8h(WQ),此時抗拉強度提高9.07%,延伸率基本保持不變。并在熱處理后的微觀分析中未發(fā)現(xiàn)Cr與Ti共析反應(yīng)生成的硬脆Ti Cr2相。稀土元素加入后,采用二維錯配度理論對細(xì)化進(jìn)行計算,證實Nd元素對合金晶粒細(xì)化效果十分明顯。通過力學(xué)性能測試,當(dāng)稀土Nd元素加入量為1%時,合金強化效果最好,合金在室溫下的抗拉強度及延伸率分別提升10.7%和49.1%,此時合金主要析出相為Nd2O3,觀察析出物形貌,為橢球形,相界面接觸穩(wěn)定。II本研究采用粉末冶金方法制備鈦合金,可以提高合金的利用率并降低成本,并加入合金元素增強,提高了其抗拉強度與延伸率,提高合金的性能,可以使鈦合金在今后擁有更廣泛的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：鈦合金 固溶時效 抗拉強度 稀土元素 細(xì)化晶粒 錯配度
【學(xué)位授予單位】：河南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 前言9
• 1.2 鈦合金概述9-13
• 1.2.1 鈦合金的性能及應(yīng)用現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 鈦合金的分類10-11
• 1.2.3 α+β 型鈦合金的性能及組織形貌11-13
• 1.3 鈦合金的粉末冶金制備13-14
• 1.4 合金元素在鈦合金中的應(yīng)用14-15
• 1.4.1 Al、V元素在鈦合金中的應(yīng)用14-15
• 1.4.2 Cr、Nd元素在鈦合金的應(yīng)用15
• 1.5 粉末冶金鈦合金添加合金元素有待解決的問題15-16
• 1.6 本文研究的主要內(nèi)容16-17
• 第二章 試驗內(nèi)容及研究方法17-22
• 2.1 工藝路線17-18
• 2.2 主要設(shè)備18
• 2.3 原料的選取18-19
• 2.4 分析手段及方法19-22
• 2.4.1 密度檢測19-20
• 2.4.2 樣品制備及金相觀察20
• 2.4.3 力學(xué)性能測試20-21
• 2.4.4 掃描電鏡（SEM）觀察21
• 2.4.5 透射電鏡（TEM）觀察21
• 2.4.6 XRD物相分析21
• 2.4.7 電腦軟件圖像分析21-22
• 第三章 不同Cr含量對合金的組織性能的研究22-30
• 3.1 引言22
• 3.2 合金元素Cr對鈦合金組織的影響22-25
• 3.2.1 合金元素Cr對鈦合金致密度的影響22-24
• 3.2.2 合金元素Cr對鈦合金微觀組織的影響24-25
• 3.3 合金元素Cr對鈦合金力學(xué)性能的影響25-28
• 3.3.1 Cr元素對TC4合金拉伸性能的影響25-27
• 3.3.2 Cr元素對Ti-6Al-4V合金壓縮性能的影響27-28
• 3.4 本章小結(jié)28-30
• 第四章 熱處理對Ti-6Al-4V-2Cr組織與性能的影響30-38
• 4.1 引言30
• 4.2 熱處理工藝30
• 4.3 不同固溶時效溫度對Ti-6Al-4V-2Cr組織與性能的影響30-33
• 4.3.1 對不同固溶溫度Ti-6Al-4V-2Cr微觀組織分析30-32
• 4.3.2 固溶溫度對合金的力學(xué)性能影響32-33
• 4.4 不同時效溫度對Ti-6Al-4V-2Cr組織與性能的影響33-35
• 4.4.1 對不同時效溫度Ti-6Al-4V-2Cr微觀組織分析33-34
• 4.4.2 時效溫度對合金的力學(xué)性能影響34-35
• 4.5 拉伸斷口形貌分析35
• 4.6 透射電鏡下對Ti-6Al-4V-2Cr物相的分析35-37
• 4.7 本章小結(jié)37-38
• 第五章 加入Nd元素對Ti-6Al-4V-2Cr的影響38-54
• 5.1 引言38
• 5.2 固溶時效態(tài)Ti-6Al-4V-2Cr-x Nd組織與性能的研究38-42
• 5.2.1 對Ti-6Al-4V-2Cr-x Nd組織成分分析38-40
• 5.2.2 對Ti-6Al-4V-2Cr-x Nd力學(xué)性能分析40-41
• 5.2.3 對Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd成分分析41-42
• 5.3 稀土Nd元素對合金組織細(xì)化的研究42-47
• 5.3.1 稀土Nd元素對合金組織細(xì)化效果的分析42-43
• 5.3.2 對合金細(xì)化成核理論的研究43-44
• 5.3.3 通過二維錯配度理論對合金細(xì)化進(jìn)行研究44-47
• 5.4 透射電鏡分析47-52
• 5.4.1 透射電鏡對Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd析出相分析47-48
• 5.4.2 對析出物與基體的HRTEM分析48-52
• 5.5 本章小結(jié)52-54
• 第六章 結(jié)論54-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 致謝60-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果61

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 湯慧萍,黃伯云,劉詠,歐陽洪武;粉末冶金鈦合金致密化研究的進(jìn)展[J];稀有金屬材料與工程;2003年09期

2 趙永慶;高溫鈦合金研究[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2001年01期

3 周偉;葛鵬;盧亞峰;李倩;盧金文;常江;;一種新型近β鈦合金熱處理過程中晶粒長大規(guī)律研究[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2012年05期

4 趙永慶;;我國鈦合金的研制與發(fā)展[J];新材料產(chǎn)業(yè);2007年10期

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本文編號：1078645