【摘要】：鈦及鈦合金因為密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫等各種優(yōu)良的性能,獲得了“第三金屬”的美稱,被廣泛應(yīng)用于航天、航空、石油化工、醫(yī)療、能源、輕工等諸多領(lǐng)域。由于鈦合金中相變及組織的多樣化使其力學(xué)性能變化范圍較為寬廣,如何優(yōu)化組織進而獲得理想的性能一直是科研工作者堅持不懈的追求。脈沖電流處理技術(shù)作為高能量瞬時輸入方法,可以顯著影響金屬內(nèi)部原子的擴散、相變及再結(jié)晶等行為,在改善材料組織及性能、節(jié)約能源等方面獨樹一幟,已經(jīng)在許多領(lǐng)域有所應(yīng)用。但是鮮有研究學(xué)者分析脈沖電流處理鈦合金過程中的固態(tài)相變行為。本文采用脈沖電流處理與傳統(tǒng)熱處理相結(jié)合的方法,以提高強塑性為目標,對不同初始狀態(tài)下的TC4合金試樣進行系統(tǒng)的研究。通過一系列的檢測分析不同初始狀態(tài)合金顯微組織及力學(xué)性能的變化,詳細地研究了脈沖電流及時效處理后TC4合金的固態(tài)相變過程,并分析TC4合金組織細化及強化機理,最終得到不同初始態(tài)下的TC4合金的最佳力學(xué)性能的處理工藝。(1)脈沖電流的熱與非熱效應(yīng)可以加速TC4合金發(fā)生再結(jié)晶并誘導(dǎo)合金發(fā)生相變,合適參數(shù)的脈沖電流處理可使不同初始態(tài)的TC4合金快速轉(zhuǎn)變?yōu)槲菏辖M織,推進了其固態(tài)相變的進程。相比于空冷,脈沖電流處理后水冷的快速冷卻方式得到的原始β晶粒的尺寸更為細小,更有利于實現(xiàn)脈沖電流處理合金組織的細化。而且與傳統(tǒng)固溶時效處理相比較,脈沖電流結(jié)合時效處理的工藝可以實現(xiàn)TC4合金的超高強度化。(2)初始態(tài)為退火態(tài)的試樣進行脈沖電流處理時,隨著脈沖電流參數(shù)的增加,顯微組織由穩(wěn)定的α相與β相轉(zhuǎn)變?yōu)榈湫偷奈菏辖M織。當脈沖電流作用時間為400 ms時,組織由α相、亞穩(wěn)定β以及六方馬氏體組成,此時獲得較好的力學(xué)性能。隨后,將電脈沖作用400 ms的試樣在不同溫度、不同時間下進行傳統(tǒng)時效,結(jié)果表明最佳時效溫度為530℃,最佳保溫時間為1h。在時效過程中亞穩(wěn)定相分解為細小彌散的(α+β)平衡相。合金的抗拉強度由1006.19 MPa提高到1383.66 MPa,延伸率為15.76%,洛氏硬度為40.04 HRC。(3)在(α+β)兩相區(qū)不同溫度進行固溶處理,得到不同形態(tài)的等軸組織,經(jīng)過900℃固溶處理后的組織中亞穩(wěn)定相較多。以α+β固溶態(tài)(900℃-WC)的等軸組織為初始態(tài)試樣,經(jīng)過脈沖電流作用時間為460 ms處理后發(fā)生α→β→α?相變。同時內(nèi)部出現(xiàn)較多亞晶界,晶粒明顯細化。此外,β相中具有高密度的位錯纏結(jié),導(dǎo)致位錯運動受限制。時效后,六方馬氏體強烈地分解為細小彌散的(α+β)平衡相,此時細晶強化、位錯強化、相變強化、沉淀強化的綜合作用使合金達到最佳的強化效果。TC4合金的抗拉強度由1125.06 MPa增加到1459.26 MPa,延伸率為14.28%,硬度為41.73 HRC,其綜合力學(xué)性能最好,合金的比強度由0.223 N·m/kg提高到0.323 N·m/kg。(4)以β固溶態(tài)的全片層組織為初始態(tài)試樣,在脈沖電流快速升溫過程中馬氏體發(fā)生逆相變,生成相對細小的α叢束導(dǎo)致合金有所強化。最佳參數(shù)為460 ms的電脈沖試樣在時效處理后沿次生α相周圍彌散較多時效β,導(dǎo)致合金進一步強化,抗拉強度由1055.47 MPa提高到1305.18 MPa,但此時塑性較差,拉伸斷口為解理斷裂。
【圖文】：

圖 1.1 -Ti 和 β-Ti 的晶體結(jié)構(gòu)[1]Fig.1.1 Crystalline structure of -Ti and β-Ti[1]金合金化特點金化的主要目的是利用合金元素對 相或者 β 相的穩(wěn)定作

圖 1.2 鈦合金中添加 或 β 穩(wěn)定元素的二元相圖[33, 34]Fig.1.2 Binary phase scheme of Ti alloy add to /β stabilizers[33, 34]
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23;TG166.5

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 何偉;杜小平;馬紅征;惠曉原;孫曉峰;;TC4鈦合金相變溫度的測定與分析[J];理化檢驗(物理分冊);2014年07期

2 商國強;朱知壽;常輝;王新南;寇宏超;李金山;;超高強度鈦合金研究進展[J];稀有金屬;2011年02期

3 張慶云;陸業(yè)航;李眾城;李偉強;;TC4鈦合金緊固件的α污染層[J];中國有色金屬學(xué)報;2010年S1期

4 谷曉燕;孫大千;劉力;段珍珍;;Ti_3Al基合金與Ti-6Al-4V合金TLP連接接頭的組織轉(zhuǎn)變[J];材料工程;2010年06期

5 訾群;;鈦合金研究新進展及應(yīng)用現(xiàn)狀[J];鈦工業(yè)進展;2008年02期

6 葛鵬;周偉;趙永慶;周廉;;Aging characteristics of new metastable beta titanium alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2007年S1期

7 汪漢臣;;中國鈦工業(yè)發(fā)展與評述[J];稀有金屬快報;2007年11期

8 葛鵬;趙永慶;周廉;;Aging properties and microstructures of Ti-B20 titanium alloy[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2006年S3期

9 魏壽庸,何瑜,王青江,劉羽寅;俄航空發(fā)動機用高溫鈦合金發(fā)展綜述[J];航空發(fā)動機;2005年01期

10 周廉;美國、日本和中國鈦工業(yè)發(fā)展評述[J];稀有金屬材料與工程;2003年08期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 馬炳東;脈沖電流對高強度鋼組織與力學(xué)性能的影響及數(shù)值模擬分析[D];吉林大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 李孝紅;脈沖電流處理對不同初始態(tài)40Cr鋼組織與性能的影響[D];吉林大學(xué);2015年

2 宋金聲;脈沖電流對高強度螺栓鋼組織及性能的影響[D];吉林大學(xué);2014年

3 郭海潮;脈沖電流作用下汽車用硼鋼板的強化處理研究[D];吉林大學(xué);2012年

4 韓立廣;脈沖電流處理對熱作模具鋼組織及性能的影響[D];吉林大學(xué);2008年

5 高海根;脈沖電流對熱作模具鋼熱疲勞行為的影響[D];吉林大學(xué);2007年

，

本文編號：2635096