(Ti 70.5 Fe 29.5 ) 100-x Y x 合金組織和力學(xué)性能研究
發(fā)布時間：2021-09-24 01:34
對(Ti70.5Fe29.5)100-xYx（x=0,1,2,3,4）合金的組織和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:Ti-Fe-Y系三元合金組織呈現(xiàn)出亞共晶特征,即包括先析出枝晶狀β-Ti和片層狀（TiFe+β-Ti）共晶組織。其中Ti70.5Fe29.5片層狀TiFe相厚度約為1μm,而(Ti70.5Fe29.5)98Y2片層狀TiFe相厚度僅300nm左右,組織得到了大幅度細(xì)化。Ti-Fe-Y系合金的強度和塑性由于組織細(xì)化程度的不同,隨著Y元素含量的增加,同向呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,但較Ti70.5Fe29.5而言均得到了較大幅度的提升。對比Ti70.5Fe29.5的抗壓強度2 058MPa、塑性應(yīng)變量為6.0%,(Ti70.5Fe29.5
【文章來源】：有色金屬工程. 2020,10(10)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）的XRD譜圖
圖2為（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）合金的鑄態(tài)微觀組織形貌。其中Ti70.5Fe29.5具有典型的共晶組織，亮色區(qū)域為片層狀TiFe相，厚度在1μm左右，而暗色區(qū)域為基體β-Ti相，厚度約為10μm。由于在不同區(qū)域其組織生長方向具有不一致性，因而呈現(xiàn)出一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象，這種團(tuán)簇結(jié)構(gòu)尺寸為20～40μm。向Ti-Fe共晶合金中添加少量稀土元素Y后，組織呈現(xiàn)出較為明顯的亞共晶特征，即包括先析出枝晶狀β-Ti和片層狀（TiFe+β-Ti）共晶組織。分析認(rèn)為，這主要是由于Y元素具有促進(jìn)β-Ti形核的作用，因而使得組織向富Ti方向偏移。同時，Ti-Fe系合金組織得到了大幅度細(xì)化，實現(xiàn)了由微米級向納米級的轉(zhuǎn)變。這主要是由于Y元素能夠抑制其共晶組織長大，進(jìn)而實現(xiàn)了TiFe和β-Ti兩相尺寸的大幅度減小。
圖3為（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）五種成分合金在室溫下進(jìn)行壓縮實驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線，表1為（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）合金的壓縮力學(xué)性能。其中（Ti70.5Fe29.5)98Y2的力學(xué)性能最為優(yōu)異，其抗壓強度達(dá)到了2 447 MPa，塑性應(yīng)變量達(dá)到了14.2%，較空白組Ti70.5Fe29.5共晶合金2 058 MPa的抗壓強度和6.0%的塑性應(yīng)變量產(chǎn)生了顯著性提升。而（Ti70.5Fe29.5)99Y1成分合金的抗壓強度為2 231 MPa，塑性應(yīng)變量為13.1%;(Ti70.5Fe29.5)97Y3成分合金的抗壓強度為2 226 MPa，塑性應(yīng)變量為11.4%，雖強度和塑性有所下降，但較Ti70.5Fe29.5而言，綜合力學(xué)性能得到了較為明顯的提升。在Y元素含量添加至（Ti70.5Fe29.5)96Y4時，強度雖未產(chǎn)生明顯變化，但塑性略有下降，其塑性應(yīng)變量僅為5.1%。在（Ti70.5Fe29.5)99Y1組織中，共晶TiFe相幾乎全部由片層狀轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，即組織得到大幅度細(xì)化，進(jìn)而使得合金材料強度大幅度提升。由于Y元素的添加使得合金在凝固過程中發(fā)生溶質(zhì)再分配，大大減少了組織中的成分偏析，進(jìn)而實現(xiàn)了組織的均勻化，有利于塑性的提升。（Ti70.5Fe29.5)98Y2的共晶區(qū)域具有明顯的TiFe相包裹β-Ti相特征，這種共晶組織形態(tài)對于相生長具有一定的抑制作用，因而更有利于超細(xì)晶的形成，進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)晶強化。而納米級小顆粒Ti2Fe作為脆硬相也能夠?qū)M織產(chǎn)生彌散強化。此外，由于該成分合金組織中存在相對較多的枝晶狀β-Ti相，其與基體之間的相關(guān)界面能夠阻礙剪切帶的傳遞，進(jìn)而有效地消除應(yīng)力，因而有利于實現(xiàn)塑性的提升。隨著Y元素含量的進(jìn)一步增加，（Ti70.5Fe29.5)97Y3和（Ti70.5Fe29.5)96Y4兩種合金析出了更多的脆硬性Ti(Fe,Y）金屬間化合物，進(jìn)而使得合金材料的塑性有所下降。此外，共晶組織和基體β-Ti相的粗化對強度和塑性的下降也產(chǎn)生了較大的影響。
本文編號：3406831
【文章來源】：有色金屬工程. 2020,10(10)北大核心
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）的XRD譜圖
圖2為（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）合金的鑄態(tài)微觀組織形貌。其中Ti70.5Fe29.5具有典型的共晶組織，亮色區(qū)域為片層狀TiFe相，厚度在1μm左右，而暗色區(qū)域為基體β-Ti相，厚度約為10μm。由于在不同區(qū)域其組織生長方向具有不一致性，因而呈現(xiàn)出一定程度的團(tuán)聚現(xiàn)象，這種團(tuán)簇結(jié)構(gòu)尺寸為20～40μm。向Ti-Fe共晶合金中添加少量稀土元素Y后，組織呈現(xiàn)出較為明顯的亞共晶特征，即包括先析出枝晶狀β-Ti和片層狀（TiFe+β-Ti）共晶組織。分析認(rèn)為，這主要是由于Y元素具有促進(jìn)β-Ti形核的作用，因而使得組織向富Ti方向偏移。同時，Ti-Fe系合金組織得到了大幅度細(xì)化，實現(xiàn)了由微米級向納米級的轉(zhuǎn)變。這主要是由于Y元素能夠抑制其共晶組織長大，進(jìn)而實現(xiàn)了TiFe和β-Ti兩相尺寸的大幅度減小。
圖3為（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）五種成分合金在室溫下進(jìn)行壓縮實驗的應(yīng)力應(yīng)變曲線，表1為（Ti70.5Fe29.5)100-xYx(x=0,1,2,3,4）合金的壓縮力學(xué)性能。其中（Ti70.5Fe29.5)98Y2的力學(xué)性能最為優(yōu)異，其抗壓強度達(dá)到了2 447 MPa，塑性應(yīng)變量達(dá)到了14.2%，較空白組Ti70.5Fe29.5共晶合金2 058 MPa的抗壓強度和6.0%的塑性應(yīng)變量產(chǎn)生了顯著性提升。而（Ti70.5Fe29.5)99Y1成分合金的抗壓強度為2 231 MPa，塑性應(yīng)變量為13.1%;(Ti70.5Fe29.5)97Y3成分合金的抗壓強度為2 226 MPa，塑性應(yīng)變量為11.4%，雖強度和塑性有所下降，但較Ti70.5Fe29.5而言，綜合力學(xué)性能得到了較為明顯的提升。在Y元素含量添加至（Ti70.5Fe29.5)96Y4時，強度雖未產(chǎn)生明顯變化，但塑性略有下降，其塑性應(yīng)變量僅為5.1%。在（Ti70.5Fe29.5)99Y1組織中，共晶TiFe相幾乎全部由片層狀轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀，即組織得到大幅度細(xì)化，進(jìn)而使得合金材料強度大幅度提升。由于Y元素的添加使得合金在凝固過程中發(fā)生溶質(zhì)再分配，大大減少了組織中的成分偏析，進(jìn)而實現(xiàn)了組織的均勻化，有利于塑性的提升。（Ti70.5Fe29.5)98Y2的共晶區(qū)域具有明顯的TiFe相包裹β-Ti相特征，這種共晶組織形態(tài)對于相生長具有一定的抑制作用，因而更有利于超細(xì)晶的形成，進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)晶強化。而納米級小顆粒Ti2Fe作為脆硬相也能夠?qū)M織產(chǎn)生彌散強化。此外，由于該成分合金組織中存在相對較多的枝晶狀β-Ti相，其與基體之間的相關(guān)界面能夠阻礙剪切帶的傳遞，進(jìn)而有效地消除應(yīng)力，因而有利于實現(xiàn)塑性的提升。隨著Y元素含量的進(jìn)一步增加，（Ti70.5Fe29.5)97Y3和（Ti70.5Fe29.5)96Y4兩種合金析出了更多的脆硬性Ti(Fe,Y）金屬間化合物，進(jìn)而使得合金材料的塑性有所下降。此外，共晶組織和基體β-Ti相的粗化對強度和塑性的下降也產(chǎn)生了較大的影響。
本文編號：3406831
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