本文關鍵詞：高強高塑TiFeNbC合金的組織性能研究

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【摘要】：近年來,許多具有超高強度的新型鈦合金被研發(fā)出來。與其他合金類似,鈦合金在獲得超高強度的同時往往會犧牲一部分塑性。因此,獲得高強度和高塑性兼?zhèn)涞拟伜辖鹗潜绢I域的熱點問題。本文以Ti-Fe基合金為對象,以同時提升合金的強度與塑性為目標,通過加入Nb、C等合金元素,研究了合金在鑄態(tài)、熱軋態(tài)、熱鍛態(tài)等條件下的組織與力學性能。首先研究了C的加入對Ti95-xFexNb5(x=25,20,15,10)合金的組織和力學性能的影響。結果表明:亞共晶Ti70Fe25Nb5(T70)、Ti75Fe20Nb5(T75)合金加入微量C后可觀察到TiC相的生成,初生β-Ti相擇優(yōu)取向發(fā)生改變,形成了均勻分布的、類似球狀的枝晶β-Ti相組織;合金分別具有3050MPa、3268MPa的最大壓縮強度和17.6%、27.3%的斷裂應變,合金的力學性能顯著提升。近共析Ti80Fe15Nb5(T80)、Ti85Fe10Nb5(T85)合金加入C后在β-Ti晶粒中觀察到了均勻分布的、細小的條狀TiFe析出相;合金分別具有3046MPa、3070MPa的極限壓縮強度和30.7%、38.1%的斷裂應變,合金的力學性能得到優(yōu)化。其次,針對所優(yōu)化出的鑄態(tài)亞共晶Ti95-x(Fe97.45C2.55)xNb5(x=25,22,20,18)的組織和力學性能進行了研究。結果表明:鑄態(tài)合金中(β-Ti+TiFe)共晶組織、初生β-Ti相和TiC相的含量以及各相的分布形態(tài)顯著影響合金的壓縮力學性能。其中,Ti75(Fe97.45C2.55)20Nb5(T75C)合金可觀察到少量的TiC相及大量近球狀形態(tài)的初生β-Ti相、在初生β-Ti相界面處分布的少量(β-Ti+TiFe)共晶組織。T75C合金顯示出超高的強度(3268MPa)和良好的塑性(27%)。最后對優(yōu)化出的鑄態(tài)的近共析Ti95-x(Fe97.45C2.55)xNb5(x=15,13,10,8)合金,熱軋態(tài)(水淬/空冷)的Ti85(Fe97.45C2.55)10Nb5(T85C)和Ti87(Fe97.45C2.55)8Nb5(T87C)合金和熱鍛態(tài)的T85C合金的組織和力學性能進行了研究。研究結果表明:幾種合金的β-Ti相晶粒中均可觀察到TiFe相的析出,其析出相的含量、形態(tài)和大小顯著影響合金的力學性能。其中,在鑄態(tài)T85C和T87C合金中可觀察到固溶強化程度相對較低的β-Ti相和在β-Ti相基體上均勻分布的條狀、尺寸大小分別約為0.5-9um和0.5-7um的TiFe相組織。鑄態(tài)T85C、T87C合金均顯示出高強度(3070MPa、3024MPa)和優(yōu)異的塑性(38.3%、39.3%)。熱軋態(tài)合金中的β-Ti相的晶粒尺寸和在β-Ti相中均勻分布的TiFe相的含量顯著影響合金的力學性能。其中熱軋水淬態(tài)T85C合金中可觀察到相對粗大的β-Ti相晶粒和較多含量的TiFe相組織。其拉伸強度、延伸率分別為1063MPa、14.4%,表現(xiàn)出良好的拉伸綜合力學性能。熱鍛態(tài)的T85C合金可觀察到與熱軋水淬態(tài)T85C合金相類似的組織。合金的最大壓縮強度和壓縮斷裂應變分別為3192MPa和38.3%,極限拉伸強度和拉伸斷裂延伸率分比為1074MPa和14.4%,表現(xiàn)出良好的綜合力學性能。
【關鍵詞】：Ti-Fe 強度 塑性 組織 熱軋 熱鍛
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-25
• 1.1 引言12
• 1.2 鈦與鈦合金簡介12-14
• 1.2.1 鈦的性質(zhì)12-13
• 1.2.2 鈦合金的特點13-14
• 1.3 鈦合金的制備技術14-15
• 1.4 鈦的合金元素和鈦合金分類15-18
• 1.4.1 鈦的合金元素15-17
• 1.4.2 鈦合金的分類17-18
• 1.5 Ti-Fe基合金合金化的研究進展18-24
• 1.5.1 Ti-Fe二元相圖18-21
• 1.5.2 Ti-Fe基合金合金化的研究進展21-24
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容24-25
• 第2章 實驗方案與方法25-29
• 2.1 合金的制備25
• 2.2 合金的熱機械加工方法25-26
• 2.2.1 合金的軋制26
• 2.2.2 合金的鍛造26
• 2.3 合金的相結構與微觀組織分析26-27
• 2.3.1 X射線衍射分析26
• 2.3.2 DSC熱物性分析26
• 2.3.3 光學顯微組織觀察26-27
• 2.3.4 SEM觀察和EDS能譜分析27
• 2.3.5 TEM組織分析27
• 2.4 合金的力學性能測試27-29
• 2.4.1 室溫壓縮性能測試27
• 2.4.2 室溫拉伸性能測試27-28
• 2.4.3 顯微維氏硬度測試28-29
• 第3章 C的加入對Ti_(95-x)Fe_xNb_5合金的組織與力學性能的影響29-42
• 3.1 引言29
• 3.2 合金的制備及成分29-30
• 3.3 實驗結果30-40
• 3.3.1 C的加入對亞共晶Ti_(95-x)Fe_xNb_5合金組織性能的影響30-36
• 3.3.2 C的加入對近共析Ti_(95-x)Fe_xNb_5合金組織性能的影響36-40
• 3.4 結果討論40-41
• 3.5 本章小結41-42
• 第4章 鑄態(tài)亞共晶Ti_(95-x)(Fe_(97.45)C_(2.55))_xNb_5合金組織與性能研究42-53
• 4.1 引言42
• 4.2. 合金的制備及成分42
• 4.3 實驗結果42-50
• 4.3.1 合金相結構42-44
• 4.3.2 合金的組織形貌44-46
• 4.3.3 合金的力學性能46-48
• 4.3.4 合金的斷口分析48-50
• 4.4 結果討論50-51
• 4.5 本章小結51-53
• 第5章 近共析Ti_(95-x)(Fe_(97.45)C_(2.55))_xNb_5合金的組織與性能53-72
• 5.1 引言53
• 5.2 合金的制備和成分53-54
• 5.3 實驗結果54-68
• 5.3.1 近共析Ti_(95-x)(Fe_(97.45)C_(2.55))_xNb_5鑄態(tài)合金的組織和力學性能54-60
• 5.3.2 近共析Ti_(95-x)(Fe_(97.45)C_(2.55))_xNb_5熱軋態(tài)合金的組織和力學性能60-64
• 5.3.3 近共析Ti_(85)(Fe_(97.45)C_(2.55))_(10)Nb_5熱鍛態(tài)合金的組織和力學性能64-68
• 5.4 結果討論68-71
• 5.5 本章小結71-72
• 結論72-73
• 參考文獻73-79
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務與主要成果79-80
• 致謝80

【參考文獻】

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本文編號：684624