钛合金热处理后的显微结构及力学性能研究,职称论文.docx

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1、钛合金热处理后的显微结构及力学性能研究,职称论文内容摘要：通过兼有 + 和 钛合金的TC18(BT22钛合金性能特征研究，近 型的一种构造形式。退火状态下强度最高的合金具有良好的可焊接性、锻透性和淬透性等优势，较好的强韧性匹配，可用来制造大型锻件和模锻件，钛合金可制成锻件、模锻件、棒材等。结合显微构造及力学性能实验测试结果表示清楚，共同影响晶粒的生长经过的保温时间延长热力学和动力学因素，影响逐步减小的保温时间较短动力学因素，建立了 晶粒尺寸使用回归分析，通过回归分析建立了力学性能与各因素之间的定量关系。 本文关键词语：钛合金,热处理后,显微构造,力学性能 TC18(BT22钛合金是一种具有代表

2、性的高强高韧钛合金，具有较好的强韧性匹配，很高的退火状态强度水平。到达1080MPa采用强化处理方式，可超过1300MPa的强度1。钛合金具有极佳淬透性，合金退火强度最高，可达250mm的截面淬透厚度，通常用于制造飞机上的大型承力构件，钛合金在航空工业中具有重要的地位2。国际航空界材料由传统的静强度转变为损伤容限设计，塑性和韧性的良好匹配，损伤容限型钛合金需要到达一定强度。断裂韧性在 钛合金的研究中发现通常与强度呈反比， 钛合金的强韧化机制及方式方法是重点的研究方向3。国内外关于TC18钛合金热处理制度对组织及性能的研究较多，但处理后显微构造及力学性能研究较少，且系统性研究较差4。 因而，本文

3、针对钛合金热处理后的显微构造及力学性能研究，通过实验优化TC18钛合金的性能，定量地分析处理后显微构造及力学性能，开发新型高强高韧钛合金，改善同类型钛合金的性能具有重要研究价值。 1 钛合金的显微构造及力学性能 1.1 钛合金的显微构造 热加工经过多种多样的钛合金，具有特别复杂的相变，其组织类型比拟多，包括双态组织、三态组织、等轴组织、网篮组织和魏氏组织。不同的显微组织将具有不同的力学性能，组织决定性能。 1.2 钛合金的力学性能 室温下变形量可到达90%的碘化法钛，其塑性很好。在77K附近时都不发生脆断，冲击加工的缺口试样。随温度的升高而升高的碘化法钛的延伸率和断面收缩率，抗拉强度和委屈服从

4、强度随温度的升高而降低。钛的杂质元素N、O、C由大到小依次排列，均能提高钛的抗拉强度而降低其塑性。H含量到达0.0120.015%(wt.%的钛合金中，力学性能试样的冲击急剧降低，其缺口敏感性大大增加，发生所谓的 氢脆 。除上述元素外，由强到弱依次为Cr、Co、Nb、Mn、Fe、V、Sn七种常用元素对钛强度的影响，可以提高钛合金的强度。与铝、镁合金相比，其强度比好些合金钢还要高，钛合金的强度是镁合金的5倍左右，铝的2倍多6。钛合金却变化很小，与室温下的相比大大降低镁、铝合金673K时的强度。约为钢的一倍多的钛合金弹性系数，普通钛合金的抗拉强度为280MPa1100MPa，当下所有应用的金属材料

5、中最高的钛合金的比强度，抗拉强度可达1270MPa1480MPa的高强钛合金。 2 实验材料及实验方式方法 2.1 实验材料制备 通过真空自耗炉三次熔炼，根据Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe(wt.%成分配料的TC18钛合金，化学成分为Ti-5.01Al-4.69Mo-5.14V-1.03Cr-1.06Fe(wt.%实测。在890两墩两拔至 150mm圆棒，1150六墩六拔开坯成 220mm圆棒，一墩一拔成60 100 Lmm坯料的810。测定合金的相变点通过金相法，温度升高的热处理，热处理温度值为840860之间，逐步减少合金中初生 相的含量。当到达880以上热处理温度时，在870

6、时有极少量的热处理温度初生 相，等轴的 构成晶粒组织，确定合金的相变点大约为875，初生 相已完全消失。 2.2 实验方式方法 (1实验热处理方案 实验热处理方案采用 区固溶主要为了研究TC18钛合金 晶粒的长大规律， 区固溶及 + 两相区固溶+时效的热处理制度，在1080、1130、1180加热，热处理制度分别保温1、2、3、4h后空冷，热处理制度、目的组织和实验目的合金。 (2组织参数测量 开发的图像分析软件Image-Pro Plus(IPP)6.0，美国Media Cybernetics公司微观组织参数，测量了初生 相 p体积分数v1，次生 相 s厚度D2、体积分数v2，等效圆直径法晶

7、粒尺寸D。 3 热处理后显微组织和组成相特征参数的影响 TC18钛合金经过固溶时效处理后，取决热加工工艺参数及热处理后的显微组织，很大程度合金的以上力学性能，具有强度、疲惫强度、韧性和抗裂纹扩展性能的良好匹配，各显微组织及组成相的特征参数是影响合金力学性能的直接因素。通过热处理温度与显微组织关系的研究，不同的热处理制度组成相及特征参数的研究较少，时效温度对合金组成相特征参数，不同的固溶通过大量的统计计算得出。对TC18钛合金显微组织的影响规律，固溶时效及双重热处理温度提供有力根据。TC18钛合金均由 和 两相组成，在750860之间进行固溶处理后。时效处理后亚稳 相将发生分解，合金仍由 和 两

8、相组成，同时会造成合金元素的重新分布。 3.1 热处理对显微组织的影响 在时效前固溶温度的升高，不同固溶温度合金的扫描照片，等轴 相的等效圆直径变化不明显，合金中初生等轴 相的含量减少。在时效处理条件下，亚稳定 相中将析出条状的次生，不同固溶及时效温度下合金的扫描显微组织。固溶及时效温度的变化，体积分数等也发生变化，析出的次生 s相的厚度。在500时效条件下，在 转变基体中析出的次生 s相的弥散程度增大，固溶温度的升高。在780固溶条件下，由500时效后的细小弥散状长成了经600时效后的长条状，次生的 s相开场长大，时效温度的升高。 第一阶段热处理温度在相变点温度下面时，双重热处理制度下初生

9、相的显微组织，初生 相呈短棒状特征。当第二阶段温度降低时，为不规则的多边形和短棒状组织组成的混合组织，初生 相的形态将发生变化。第一阶段温度在相变点以上，第二阶段温度在相变点下面时，晶界处长条状 相清楚明晰可见，不同的显微组织将具有不同的力学性能，组织决定性能晶内也由有一定趋向关系的长条状 相组成。 3.2 热处理对 、 相晶格参数的影响规律 TC18钛合金的XRD谱，固溶温度对 和 相晶格参数的影响规律，采用外推法计算出 和 相的晶格参数。时效前 相晶格常数增加，随固溶温度的升高，c值和c/a均先增加然后减小， 相的a值基本保持不变；时效后固溶温度的升高，一样时效条件下 相的晶格常数减小，c

10、值和c/a均减小， 相的a值稍降；一样固溶条件下， 相的a值、c值和c/a均增加， 相的晶格常数增加，随时效温度的升高。合金元素与钛原子体积差异综合作用的结果，合金元素在两相中的分布改变，随着热处理温度的变化。固溶处理时，TC18钛合金中的合金元素Al、Mo、V、Cr、Fe原子直径均小于钛原子直径，会造成升高固溶温度。使得两相的晶格常数减小， 和 相中的 稳定元素含量升高；使得两相的晶格常数增加， 稳定元素含量降低。对于 相，造成了 相的稳定性随固溶温度的升高而降低， 相晶格常数随固溶温度的升高而增加，显然 稳定元素含量的减少对晶格常数的影响占据了主导地位。 对于 相， 稳定元素含量的减少对晶

11、格常数的影响占据主导地位。较低温度固溶时， 稳定元素含量升高对晶格常数的影响占据主导地位。较高温度固溶时， 相的晶格常数出现了非单调变化，造成固溶时随固溶温度的升高。时效处理后，造成各相中的合金元素重新分布，亚稳 相将发生分解。 相中则含有更低的 稳定元素含量和更高层次的稳定元素含量，分解构成的新的 相中含有更高层次的 稳定元素含量和更低的。 4 热处理后的特征参数对力学性能的影响 拉伸性能与固溶温度的关系： TC18钛合金室温拉伸性能随固溶温度的变化曲线，合金的强度和面缩率呈下降趋势，时效前随着固溶温度的升高，抗拉强度Rm约980MPa下降至约900MPa。合金的延伸率A基本保持在15%左右

12、，面缩率Z由约65%下降至约35%。在500时效时，合金的抗拉强度由约1370MPa提高至约1700MPa，随着固溶温度的升高，合金的延伸率也由约10%下降至约4%，约50%降至约3%强度提高约330MPa面缩率。550时效时，约55%下降至约20%强度提高约180MPa面缩率，约1270MPa提高至约1450MPa合金的抗拉强度，延伸率由约10%下降至约5%。600时效时，面缩率由约60%下降至约37%，合金的抗拉强度由约1170MPa提高至约1350MPa，延伸率由约13%下降至约10%。 结论 通过TC18钛合金 区固溶，采用 区固溶及 + 两相区固溶时效的热处理制度， 晶粒的长大规律及

13、其热力学动力学分析。固溶时效温度及各组织参数对TC18钛合金性能的影响， + 两相区固溶时效后，根据回归方程对各组织参数和性能的关系进行预测，合金的强度均呈下降趋势， p体积分数、 s体积分数及厚度的增加，呈上升趋势的塑性，对TC18钛合金室温力学性能的影响要大， p体积分数较 s体积分数及厚度。 以下为参考文献 1 鲍学淳，程礼，陈煊，等热处理工艺对TC4钛合金组织和力学性能的影响J金属热处理，2022,44(06):137-140. 2 邵翱翔，卢猛，周明阳，等TC18钛合金压力容器焊后失效分析及热处理制度优化J金属热处理，2022,44(06):211-214. 3 金俊龙，万晓慧，郭德伦TC17钛合金焊接及局部热处理残存余留应力的数值模拟J航空制造技术，2022,62(12):30-35. 4 原菁骏，姬忠硕，张麦仓热变形及热处理经过中TC17钛合金组织与取向的关联性J工程科学学报，2022,41(06):772-780.