發(fā)布時(shí)間：2020-11-14 13:44

　　 Ti600合金是中國西北有色院研發(fā)的一種近α型高溫鈦合金,其成型工藝大都采用鑄造+鍛造,但該工藝成本高,容易產(chǎn)生宏觀偏析和微觀偏析,對(duì)合金的力學(xué)性能不利,粉末冶金(PM)具有成份、組織均勻性,材料利用率高,成本低的優(yōu)點(diǎn)。本文通過粉末冶金的方法(PM+熱擠壓+真空退火)制備Ti600合金。研究燒結(jié)溫度、熱擠壓溫度和退火溫度對(duì)Ti600合金組織和性能影響,以期為Ti600制備成型工藝提供參考。研究發(fā)現(xiàn)粉末冶金樣品元素分布均勻,但內(nèi)部孔隙較多,力學(xué)性能較差。熱擠壓可以消除孔隙提高力學(xué)性能,對(duì)比發(fā)現(xiàn)擠壓溫度的升高可以獲得更高屈服強(qiáng)度,并提高了合金的相變點(diǎn)。通過改變退火溫度獲得了不同鈦合金的典型組織,擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍。主要結(jié)論如下:隨燒結(jié)溫度的升高使得合金組織中α片層排列開始規(guī)則化,同時(shí)提升了合金的致密度,提高了合金的力學(xué)性能。在600℃保溫1h然后升溫到1300℃保溫3h后,獲得了魏氏組織,孔隙減少并球化,致密度達(dá)到92.8%。將PM Ti600合金通過950℃熱擠壓后消除了內(nèi)部孔隙,細(xì)化了晶粒,擠壓后組織為扭曲的α片層,并存在平行于ED方向的(0002)纖維織構(gòu),稀土相Y_2O_3尺寸為150nm,硅相(TiZr)_6Si_3尺寸為200nm。在β相變點(diǎn)以下退火處理后,隨溫度的升高,合金組織由類似細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)逐漸變成等軸組織,在β相變點(diǎn)以上1050℃退火處理后,合金組織為雙態(tài)組織,繼續(xù)提高退火溫度到1100℃時(shí),合金形成了魏氏組織。當(dāng)提高擠壓溫度到1040℃時(shí),組織結(jié)構(gòu)為片層β_T和塊狀α,并存在平行于ED方向的(0001)形變織構(gòu),其強(qiáng)度為46.8,稀土相Y_2O_3尺寸為1.5μm,硅相(TiZr)_6Si_3尺寸為80nm。觀察發(fā)現(xiàn)擠壓后β_T轉(zhuǎn)變組織的形成包括兩部分:擠壓過程中變形β晶�！�β/α→β_T,晶界處分布有大量位錯(cuò);擠壓后變形β晶粒→DRXβ→β/α→β_T',晶界分布大量的硅化物(TiZr_6)Si_3。而β_T'不利于退火再結(jié)晶,退火溫度在850-1050℃時(shí),合金為片層β_T和等軸α組成的混合組織,繼續(xù)提高退火溫度到1100℃時(shí),合金形成了魏氏組織。燒結(jié)Ti600合金具有較差的力學(xué)性能,經(jīng)過950℃熱擠壓后性能得到提高,其屈服強(qiáng)度為1450MPa,在β相變點(diǎn)以下退火處理后,屈服強(qiáng)度、顯微硬度逐漸降低而應(yīng)變提高,在α+β兩相區(qū)獲得了最大的斷裂應(yīng)變38%,在β相變點(diǎn)以上退火處理后,合金的屈服強(qiáng)度、顯微硬度提高,但應(yīng)變降低。當(dāng)提高擠壓溫度到1040℃后,其性能得到提升,獲得了最大的屈服強(qiáng)度1480MPa。在β相變點(diǎn)以下退火處理后,屈服強(qiáng)度、顯微硬度逐漸降低而應(yīng)變提高,在α+β兩相區(qū)獲得斷裂應(yīng)變?yōu)?2.0%。在β相變點(diǎn)以上1050℃退火處理后,合金的屈服強(qiáng)度、顯微硬度、應(yīng)變降低,提高退火溫度到1100℃時(shí),顯微硬度、斷裂應(yīng)變有所提高,但屈服強(qiáng)度降低。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TF125.22
【部分圖文】：

高溫鈦合金的顯微組織主要分為四類：魏氏組織，網(wǎng)籃組織，等軸組織，雙態(tài)組織[33]。其主要由α和β兩相的尺寸及其排列方式來區(qū)別，如圖1.2所示為各種高溫鈦合金組織的金相照片，表1.1所示為相應(yīng)組織所具備的力學(xué)性能。（1）魏氏組織：開始和結(jié)束時(shí)的熱加工溫度都在 β 相區(qū)，變形量不是很大（一般小于 50%）時(shí)會(huì)形成魏氏組織。魏氏組織比較容易識(shí)別，魏氏組織具有清晰完整的原始 β 晶粒，通常在原始 β 晶界處形成晶界 α 相，冷卻過程中，初始 β 晶粒向內(nèi)生長，經(jīng)過 β/α 相變點(diǎn)后，發(fā)生相轉(zhuǎn)變，形成 α 相。在近 α 型鈦合金中

9施加壓力增加了致密化所需的驅(qū)動(dòng)力，從而與無壓燒結(jié)相比降低了加工溫度。其HP過程示意圖如圖1.3b所示，將待致密化的粉末填充在合適的模具中（通常是石墨或能夠承受高溫和高壓而不與粉末反應(yīng)的材料），并且使用沖頭對(duì)粉末施加壓力（高達(dá)50MPa），加熱線圈用于加熱模具，在高壓和高溫的同時(shí)施加的情況下，通過顆粒重排和顆粒接觸處的塑性流動(dòng)進(jìn)行燒結(jié)，最終消除孔隙，實(shí)現(xiàn)致密化[44,45]。a HIP b HP圖 1.3 成型過程示意圖[45]Fig. 1.3 Schematic of molding process目前預(yù)合金粉末制備工藝主要包括三個(gè)：等離子旋轉(zhuǎn)電極法(PREP)、等離子霧化法(PA)、惰性氣體霧化法(GA)[46]。通過PREP工藝獲得的預(yù)合金粉末具有較高的球形度，較好流動(dòng)性，對(duì)于裝填金屬包套較為容易，因此，PREP粉末多用于HIP工藝致密化后得到樣品坯料

圖 1.4 CHIP 過程示意圖[45]Fig. 1.4 Schematic of CHIP process件用熱擠/熱鍛/熱軋進(jìn)行精密成型，可以實(shí)現(xiàn)更高的性殘余孔隙，破碎粗大的組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)使夾雜物分散到
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