本文關(guān)鍵詞：TC21合金熱氫處理及室溫變形行為研究

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【摘要】：TC21合金是我國新開發(fā)的一種高強、高韌和高損傷容限鈦合金,其綜合力學性能匹配較好,適用于大型航空構(gòu)件。同大多數(shù)鈦合金一樣,TC21合金熱變形溫度高,冷變形易開裂,流動應(yīng)力大,加工困難。鈦合金的熱氫處理技術(shù)是把氫作為一種臨時合金元素,利用氫致塑性、氫致相變以及氫在鈦合金中的可逆合金化等作用,來改善鈦合金的顯微組織和加工性能。但是由于對氫致室溫塑性理論研究上的不足,使得用熱氫處理來改善鈦合金室溫成形性能的技術(shù)仍然難以進入實際應(yīng)用。本文針對這些問題,進行了深入研究。本文基于TC21合金的熱氫處理實驗和室溫壓縮實驗,采用現(xiàn)代材料分析測試方法,深入研究了氫作為臨時合金元素對TC21合金的吸氫特性、組織演變和室溫力學性能的影響,討論了δ氫化物的形成機制,揭示了置氫TC21合金室溫增塑機理,制定了利于TC21合金室溫塑性成形的最佳置氫處理工藝和成形工藝條件,并對置氫TC21合金進行了除氫實驗,制定了最佳除氫處理工藝。結(jié)果顯示：氫化溫度對TC21合金的吸氫特性和組織演變有顯著影響。在相同的初始氫壓下,當氫化溫度為600℃時,合金的初始吸氫速率和最終吸氫量最大。在合金中添加0.68wt.%的氫后,β相變點降至750℃以下,但仍高于650℃。針狀的δ氫化物和細小的α_2析出相出現(xiàn)在經(jīng)550℃氫化的合金中,而大量片狀的δ氫化物出現(xiàn)在經(jīng)650℃氫化的合金中,而經(jīng)750℃氫化的合金中幾乎都是p相。經(jīng)750℃置氫后,TC21合金中出現(xiàn)了α'馬氏體和δ氫化物,隨著氫含量的增加,α相和α'馬氏體的數(shù)量逐漸減少,而p相和δ氫化物的數(shù)量逐漸增多,6氫化物先是沿著晶界/相界分布,隨后在β相內(nèi)和晶內(nèi)形成。置氫TC21合金的室溫壓縮性能與不同相的比例和氫的存在形式強烈相關(guān),當氫含量介于0.6-0.9wt.%時,合金中α相和α'馬氏體的數(shù)量較少,韌性較好的p相成為主要相,并且大量氫原子固溶在p相中,少量δ氫化物散落在晶界/相界處,合金的室溫塑性得到了明顯提高。壓縮速度對置氫TC21合金的室溫壓縮性能有顯著影響,低速壓縮下,TC21-0.9H合金的極限壓縮率增幅超過30%,快速壓縮下,機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,逆共析反應(yīng)導致晶界/相界處的δ氫化物溶解,TC21-0.9H合金的極限變形率增幅超過100%。合適的氫含量不僅能夠增加TC21合金的室溫塑性,而且也能降低合金塑性變形過程中的流動應(yīng)力,壓縮實驗下TC21-0.9H合金的流動應(yīng)力在塑性變形階段降低了150-240MPa。熱分析實驗結(jié)果顯示,當加熱溫度低于500℃時,置氫TC21合金中沒有明顯的相變；當加熱溫度超過500℃時,置氫合金中的含氫亞穩(wěn)相開始分解,且當加熱溫度介于500℃至700℃時,合金失重速率最大。置氫TC21在750℃除氫4h后,或者在800℃除氫2h后,合金中的氫得以除盡,但合金在750℃除氫時,其顯微組織細化效果最好,合金的屈服強度、抗壓強度和顯微硬度增加,而極限壓縮率下降。根據(jù)以上實驗結(jié)果,確定了利于TC21合金室溫塑性成形的最佳置氫處理工藝和成形工藝條件,TC21合金的氫化溫度至少為750℃,最佳氫含量為0.9wt.%,快速成形時,置氫TC21合金室溫成形性能更好;確定了置氫TC21合金的除氫規(guī)范,置氫TC21合金在750℃除氫,除氫保溫時間為4h。
【關(guān)鍵詞】：TC21合金 熱氫處理 顯微組織 力學性能 增塑機理
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-18
• 第一章 緒論18-24
• 1.1 引言18-19
• 1.2 鈦及其合金19-21
• 1.2.1 鈦及其合金的特性和應(yīng)用19-20
• 1.2.2 鈦合金的分類和國內(nèi)外發(fā)展趨勢20-21
• 1.3 鈦合金的加工難點21
• 1.4 鈦合金的熱氫處理技術(shù)21-22
• 1.4.1 熱氫處理技術(shù)概況21-22
• 1.4.2 鈦合金氫致塑性的研究現(xiàn)狀22
• 1.5 本課題的主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 實驗材料和研究方法24-30
• 2.1 實驗材料24
• 2.2 熱氫處理實驗24-26
• 2.2.1 置氫處理實驗24-25
• 2.2.2 除氫處理實驗25-26
• 2.3 組織和結(jié)構(gòu)表征方法26-27
• 2.3.1 光學金相顯微鏡26
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)26
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)26
• 2.3.4 透射電子顯微鏡(TEM)26-27
• 2.3.5 熱分析(TA)27
• 2.4 力學性能測試方法27-30
• 2.4.1 室溫壓縮實驗27-29
• 2.4.2 等溫壓縮實驗29
• 2.4.3 維氏硬度實驗29-30
• 第三章 TC21合金的置氫處理工藝研究30-48
• 3.1 引言30
• 3.2 氫化溫度對TC21合金吸氫特性的影響30-35
• 3.2.1 不同溫度下氫壓與保溫時間的關(guān)系30-31
• 3.2.2 氫化溫度對TC21合金吸氫速率的影響31-32
• 3.2.3 氫化溫度對TC21合金吸氫量的影響32-33
• 3.2.4 氫化溫度對TC21合金吸氫動力學的影響33-35
• 3.3 氫化溫度對TC21合金室溫組織的影響35-41
• 3.3.1 光學顯微組織分析35-36
• 3.3.2 X射線衍射物相分析36-37
• 3.3.3 透射電鏡組織分析37-40
• 3.3.4 氫化物形成機制的討論40-41
• 3.3.5 確定利于TC21合金室溫變形的氫化溫度41
• 3.4 保溫時間對TC21合金吸氫特性和室溫組織的影響41-46
• 3.4.1 相同溫度下氫壓與保溫時間的關(guān)系41-42
• 3.4.2 相同溫度下吸氫量與保溫時間的關(guān)系42
• 3.4.3 相同溫度下保溫時間對TC21合金室溫組織的影響42-44
• 3.4.4 TC21合金內(nèi)部的氫擴散規(guī)律44-45
• 3.4.5 確定TC21合金置氫處理的保溫時間45-46
• 3.5 平衡氫壓對TC21合金吸氫量的影響46
• 3.6 本章小結(jié)46-48
• 第四章 TC21-xH合金室溫組織研究48-54
• 4.1 引言48
• 4.2 氫含量對TC21合金室溫顯微組織的影響48-53
• 4.2.1 光學顯微組織演變48-49
• 4.2.2 X射線衍射結(jié)果分析49-51
• 4.2.3 透射電鏡結(jié)果分析51-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第五章 TC21-xH合金室溫變形行為研究54-65
• 5.1 引言54
• 5.2 氫含量對TC21合金室溫慢速壓縮性能的影響54-56
• 5.3 壓縮變形后TC21-xH合金的斷口形貌觀察56-58
• 5.4 氫含量對TC21合金室溫快速壓縮性能的影響58-61
• 5.4.1 TC21-xH合金室溫快速壓縮過程中的動態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象58-61
• 5.4.2 TC21-0.9H合金等溫壓縮實驗驗證61
• 5.5 氫對TC21合金顯微硬度的影響61-62
• 5.6 氫致TC21合金室溫增塑機理62-63
• 5.7 確定最佳氫含量及成形工藝參數(shù)63
• 5.8 本章小結(jié)63-65
• 第六章 TC21-xH合金的除氫處理工藝研究65-69
• 6.1 引言65
• 6.2 TC21-xH合金熱分析65-66
• 6.3 除氫溫度和保溫時間對TC21合金室溫組織的影響66-68
• 6.4 確定除氫規(guī)范68
• 6.5 本章小結(jié)68-69
• 第七章 除氫TC21合金的室溫組織及其室溫力學性能研究69-74
• 7.1 引言69
• 7.2 原氫含量對除氫TC21合金的室溫組織的影響69-71
• 7.3 原氫含量對除氫TC21合金的室溫力學性能的影響71-73
• 7.4 本章小結(jié)73-74
• 第八章 結(jié)論與展望74-77
• 8.1 主要結(jié)論74-75
• 8.2 工作展望75-77
• 參考文獻77-82
• 攻讀碩士學位期間的學術(shù)活動及成果情況82

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 宗影影;黃樹暉;羅永勝;單德彬;郭斌;;置氫TC4鈦合金等溫鍛造葉片組織演變規(guī)律[J];哈爾濱工業(yè)大學學報;2010年07期

2 趙永慶;;國內(nèi)外鈦合金研究的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J];中國材料進展;2010年05期

3 侯紅亮,李志強,王亞軍,關(guān)橋;鈦合金熱氫處理技術(shù)及其應(yīng)用前景[J];中國有色金屬學報;2003年03期

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本文編號：801194