TC17合金中的β斑及其形成機(jī)制研究
發(fā)布時間：2020-12-01 18:21
本論文以TC17合金（Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo）為研究對象,系統(tǒng)研究了 β斑在工業(yè)級鑄錠、實驗室小型鑄錠和定向凝固樣品中的基本特征,提出了影響β斑形成的凝固條件和工藝參數(shù),進(jìn)一步明確了凝固過程中β斑形成機(jī)制和形成規(guī)律,為熔煉過程中控制此類偏析產(chǎn)生提供技術(shù)參考。對TC17合金工業(yè)級鑄錠和鍛棒中的β斑進(jìn)行了系統(tǒng)分析表征。結(jié)果發(fā)現(xiàn):工業(yè)級鑄錠和棒材中β斑的成分特點(diǎn)均為富Cr和Zr、貧Mo,相變點(diǎn)比基體低15℃～35℃;工業(yè)級鑄錠中的β斑形狀不規(guī)則,呈散點(diǎn)狀分布于鑄錠錠頭心部位置;大棒材中β斑形貌與鑄錠差異較大,表現(xiàn)為異常長大的β晶粒。通過定向凝固實驗,研究了 TC17合金不同凝固速度條件下溶質(zhì)分配和固液界面形貌的變化規(guī)律。結(jié)果表明:隨著凝固速度的增加,固液界面形貌從平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榘ЫY(jié)構(gòu)再過渡到枝晶結(jié)構(gòu);平面界面失穩(wěn)和胞枝轉(zhuǎn)變的臨界速度分別約為15 mm/h和30 mm/h;偏析方式由宏觀偏析轉(zhuǎn)變?yōu)榘чg或枝晶間的局部偏析,在凝固組織中分別形成宏觀偏析β斑和通道狀β斑。結(jié)合相率分析,β斑的形成實質(zhì)上是凝固過程中Cr和Zr元素正偏析、Mo元素負(fù)偏析的結(jié)果。通過真空自耗電弧爐...
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：129 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?ａ－Ｔｉ與｜Ｊ－Ｔｉ晶體結(jié)構(gòu)Ｉ４Ｉ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｅｐ?？?ａｎｄ?ｂｃｃ?｜ｉ?ｐｈａｓｅ??
對ｐ相轉(zhuǎn)變??溫度影響較校??合金化的目的是提高鈦合金綜合性能。為了理解合金元素對鈦合金本身的影??響，Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇｌ７】建立了?ａ相穩(wěn)定元素等效鋁當(dāng)量公式和Ｐ相穩(wěn)定元素等效鉬當(dāng)??量公式：??［Ａｌ］ｅｑ＝［Ａｌ］＋０．１７［Ｚｒ］＋０．３３［Ｓｎ］＋１０［０］?（１－１）??［Ｍｏ］ｅｑ＝［Ｍｏ］＋０．２［Ｔａ］＋０．２８［Ｎｂ］＋０．４［Ｗ］＋０．６７［Ｖ］＋１．２５［Ｎｉ］＋１．７［Ｍｎ］＋１．７［Ｃｏ］＋??２．５［Ｆｅ］?（１－２）??根據(jù)鈦合金在偽二元相圖（圖１．２）的位置，可將鈦合金大致分為：ａ型、近??ａ型、ａ＋ｐ型、亞穩(wěn)Ｐ型和ｐ型鈦合金丨１，３，４１。??ａ?Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ?Ｓｔａｂｌｅ??Ａｌｌｏｙ?ｏｔ?＋?卩?Ａｌｌｏｙ?｜５?Ａｌｌｏｙ?卜?Ａｌｌｏｙ??１?＼、、、＾＼?Ｐ??Ｉ?＼、、，卜＼??ｉｉ?ｎ＼??ｐ?－?Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ?Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??圖１．２?ｐ同晶型相圖的偽二元相圖Ｎ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｓｅｕｄｏ－ｂｉｎａｒｙ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｔｈｒｏｕｇｈ?ａ?ｉｓｏｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ??ａ型鈦合金：未合金化的鈦及其具有一種或多種穩(wěn)定元素的合金（Ａｌ、Ｓｎ或??Ｚｒ），在室溫下完全或主要由ａ相組成。ａ型鈦合金表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、靭性、抗??蠕變性和可焊接性ｍ。ａ型鈦合金對氫脆十分敏感，并且不能依靠熱處理產(chǎn)生析??出相強(qiáng)化，不適合采用熱處理進(jìn)行強(qiáng)化｜９］。??近ａ型鈦合金：通常合金中Ｐ相穩(wěn)定元素含量小于等于２ｗｔ°／。，退火組織中??的Ｐ相含量很低。近ａ型合金兼具ａ型合金優(yōu)異的蠕變性能和ａ＋ｐ型合金的高??強(qiáng)度［
?第１章緒?論???＿?ｄ??圖１．３鈦合金中四種典型組織％??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｎｅａｒ?ａ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｌｏｙｓ：?（ａ）?ｃｑｕａｉｘｅｄ，?（ｂ）?ｂｉｍｏｄａｌ，?（ｃ）??ｌａｍｅｌｌａｒ，?ａｎｄ?（ｄ）?ｂａｓｋｅｔ－ｗｅａｖｅ??１．２?ＴＣ１７合金簡介??ＴＣ１７合金是一種近Ｐ型ａ＋ｐ兩相鈦合金。該合金是美國通用電器公司??（Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，?ＧＥ）于２０世紀(jì)７０年代為ＧＥ發(fā)動機(jī)研制的一種高強(qiáng)、高韌??及高淬透性鈦合金（即“三高”鈦合金）｜１４１。ＴＣ１７合金的名義成分為：Ｔｉ－５Ａ１－??２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｃｒ－４Ｍｏ，合金元素總量為１７ｗｔ％，國外又命名為Ｔｉ－１７合金。合金元??素中Ａ１為ａ相穩(wěn)定元素，Ｍｏ和Ｃｒ為（３相穩(wěn)定元素，Ｓｎ和Ｚｒ？認(rèn)為是中性元素。??添加元素Ｃｒ會提高合金高的延展性和韌性，而添加元素Ｍｏ顯著提高了合金強(qiáng)??度與淬透性。這兩種卩相穩(wěn)定元素的共同添加可以有效地阯止共析化合物ＴｉＣｒ２??相的形成，提高合金的熱穩(wěn)定性［１５］。ＴＣ１７合金有良好的熱加工性能，常見的兩??種ＴＣ１７合金鍛造工藝有ｐ單相區(qū)鍛造和ａ＋ｐ兩相區(qū)鍛造通過精確調(diào)控合??金的熱處理制度，可以實現(xiàn)ＴＣ１７合金良好的強(qiáng)度、塑性和初性的匹配。熱處理??后ＴＣ１７合金其屈服強(qiáng)度可達(dá)到１０５０?ＭＰａ？１１９０?ＭＰａ，該強(qiáng)度水平高于Ｔｉ－６Ａ１－??４Ｖ鈦合金，與Ｔｉ－６Ａｌ－６Ｖ－２Ｓｎ合金相當(dāng)。ＴＣ１７合金塑性和斷裂靭性均優(yōu)于Ｔｉ－??６Ａｌ－６Ｖ－２Ｓｎ合金，蠕變性能優(yōu)于Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖ合金［１９，?２Ｇ】。ＴＣ１７
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]真空自耗冶煉過程數(shù)值仿真研究進(jìn)展[J]. 曲敬龍,楊樹峰,陳正陽,杜金輝,畢中南,孔豪豪. 中國冶金. 2020(01)
[2]Precipitates and alloying elements distribution in near α titanium alloy Ti65[J]. Ke Yue,Jianrong Liu,Haijun Zhang,Hui Yu,Yuanyuan Song,Qingmiao Hu,Qingjiang Wang,Rui Yang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(01)
[3]Quantitative effects of phase transition on solute partition coefficient,inclusion precipitation, and microsegregation for high-sulfur steel solidification[J]. Lintao Gui,Mujun Long,Shixin Wu,Zhihua Dong,Dengfu Chen,Yunwei Huang,Huamei Duan,Levente Vitos. Journal of Materials Science & Technology. 2019(10)
[4]Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process[J]. Yuhong Zhao,Bing Zhang,Hua Hou,Weipeng Chen,Meng Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[5]TC4鈦合金棒材低倍組織亮斑分析[J]. 盧凱凱,李敏娜,周立鵬,馬保飛,段啟輝,肖松濤. 熱加工工藝. 2019(04)
[6]熔速對IN718合金真空自耗鑄錠組織的影響[J]. 王資興,王磊,孫文儒. 材料熱處理學(xué)報. 2019(01)
[7]Effect of cooling rates on the dendritic morphology transition of Mg–6Gd alloy by in situ X-ray radiography[J]. Yongbiao Wang,Liming Peng,Yanzhou Ji,Xiaoxing Cheng,Cunlong Wang,Yujuan Wu,Yanan Fu,Long-Qing Chen. Journal of Materials Science & Technology. 2018(07)
[8]熔煉方式對TC17鈦合金鑄錠化學(xué)成分及棒材組織均勻性的影響研究[J]. 岳旭,楊國慶,李渭清,喬璐,馬寶軍,張平輝,何書林,賈栓孝. 鈦工業(yè)進(jìn)展. 2016(05)
[9]TC17鈦合金電子束焊接接頭的顯微組織與力學(xué)性能研究[J]. 于冰冰,陳志勇,趙子博,劉建榮,王清江,李晉煒. 金屬學(xué)報. 2016(07)
[10]Influence of Process Parameters and Sr Addition on the Microstructure and Casting Defects of LPDC A356 Alloy for Engine Blocks[J]. Giulio Timelli,Daniele Caliari,Jovid Rakhmonov. Journal of Materials Science & Technology. 2016(06)
[1]Ti65合金顯微組織及關(guān)鍵高溫力學(xué)性能[D]. 岳顆.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2019
[2]TC17鈦合金片狀組織靜態(tài)球化及演變機(jī)理[D]. 徐建偉.西北工業(yè)大學(xué) 2017
[3]電渣重熔鋼錠中黑斑的形成機(jī)理及控制措施研究[D]. 張揚(yáng).北京科技大學(xué) 2017
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[5]7075鋁合金螺旋電磁攪拌技術(shù)及應(yīng)用研究[D]. 高志華.北京有色金屬研究總院 2014
[6]螺旋磁場攪拌對合金內(nèi)在質(zhì)量影響的模擬與實驗研究[D]. 趙倩.大連理工大學(xué) 2013
[7]電磁場作用下鋁合金凝固理論基礎(chǔ)研究[D]. 班春燕.東北大學(xué) 2002
[8]電磁力對金屬熔體驅(qū)動與運(yùn)動形態(tài)控制的研究[D]. 王曉東.大連理工大學(xué) 2002
博士論文
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碩士論文
[1]含硬α夾雜鈦合金輪盤疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究[D]. 鄒煜申.浙江大學(xué) 2018
[2]鈦合金片狀組織演變機(jī)制與球化動力學(xué)研究[D]. 賴運(yùn)金.西北工業(yè)大學(xué) 2007
本文編號：2894969
【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：129 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?ａ－Ｔｉ與｜Ｊ－Ｔｉ晶體結(jié)構(gòu)Ｉ４Ｉ??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｈｅｐ?？?ａｎｄ?ｂｃｃ?｜ｉ?ｐｈａｓｅ??
對ｐ相轉(zhuǎn)變??溫度影響較校??合金化的目的是提高鈦合金綜合性能。為了理解合金元素對鈦合金本身的影??響，Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇｌ７】建立了?ａ相穩(wěn)定元素等效鋁當(dāng)量公式和Ｐ相穩(wěn)定元素等效鉬當(dāng)??量公式：??［Ａｌ］ｅｑ＝［Ａｌ］＋０．１７［Ｚｒ］＋０．３３［Ｓｎ］＋１０［０］?（１－１）??［Ｍｏ］ｅｑ＝［Ｍｏ］＋０．２［Ｔａ］＋０．２８［Ｎｂ］＋０．４［Ｗ］＋０．６７［Ｖ］＋１．２５［Ｎｉ］＋１．７［Ｍｎ］＋１．７［Ｃｏ］＋??２．５［Ｆｅ］?（１－２）??根據(jù)鈦合金在偽二元相圖（圖１．２）的位置，可將鈦合金大致分為：ａ型、近??ａ型、ａ＋ｐ型、亞穩(wěn)Ｐ型和ｐ型鈦合金丨１，３，４１。??ａ?Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ?Ｓｔａｂｌｅ??Ａｌｌｏｙ?ｏｔ?＋?卩?Ａｌｌｏｙ?｜５?Ａｌｌｏｙ?卜?Ａｌｌｏｙ??１?＼、、、＾＼?Ｐ??Ｉ?＼、、，卜＼??ｉｉ?ｎ＼??ｐ?－?Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ?Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??圖１．２?ｐ同晶型相圖的偽二元相圖Ｎ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｓｅｕｄｏ－ｂｉｎａｒｙ?ｓｅｃｔｉｏｎ?ｔｈｒｏｕｇｈ?ａ?ｉｓｏｍｏｒｐｈｏｕｓ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ??ａ型鈦合金：未合金化的鈦及其具有一種或多種穩(wěn)定元素的合金（Ａｌ、Ｓｎ或??Ｚｒ），在室溫下完全或主要由ａ相組成。ａ型鈦合金表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、靭性、抗??蠕變性和可焊接性ｍ。ａ型鈦合金對氫脆十分敏感，并且不能依靠熱處理產(chǎn)生析??出相強(qiáng)化，不適合采用熱處理進(jìn)行強(qiáng)化｜９］。??近ａ型鈦合金：通常合金中Ｐ相穩(wěn)定元素含量小于等于２ｗｔ°／。，退火組織中??的Ｐ相含量很低。近ａ型合金兼具ａ型合金優(yōu)異的蠕變性能和ａ＋ｐ型合金的高??強(qiáng)度［
?第１章緒?論???＿?ｄ??圖１．３鈦合金中四種典型組織％??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｙｐｉｃａｌ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｎｅａｒ?ａ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｌｏｙｓ：?（ａ）?ｃｑｕａｉｘｅｄ，?（ｂ）?ｂｉｍｏｄａｌ，?（ｃ）??ｌａｍｅｌｌａｒ，?ａｎｄ?（ｄ）?ｂａｓｋｅｔ－ｗｅａｖｅ??１．２?ＴＣ１７合金簡介??ＴＣ１７合金是一種近Ｐ型ａ＋ｐ兩相鈦合金。該合金是美國通用電器公司??（Ｇｅｎｅｒａｌ?Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，?ＧＥ）于２０世紀(jì)７０年代為ＧＥ發(fā)動機(jī)研制的一種高強(qiáng)、高韌??及高淬透性鈦合金（即“三高”鈦合金）｜１４１。ＴＣ１７合金的名義成分為：Ｔｉ－５Ａ１－??２Ｓｎ－２Ｚｒ－４Ｃｒ－４Ｍｏ，合金元素總量為１７ｗｔ％，國外又命名為Ｔｉ－１７合金。合金元??素中Ａ１為ａ相穩(wěn)定元素，Ｍｏ和Ｃｒ為（３相穩(wěn)定元素，Ｓｎ和Ｚｒ？認(rèn)為是中性元素。??添加元素Ｃｒ會提高合金高的延展性和韌性，而添加元素Ｍｏ顯著提高了合金強(qiáng)??度與淬透性。這兩種卩相穩(wěn)定元素的共同添加可以有效地阯止共析化合物ＴｉＣｒ２??相的形成，提高合金的熱穩(wěn)定性［１５］。ＴＣ１７合金有良好的熱加工性能，常見的兩??種ＴＣ１７合金鍛造工藝有ｐ單相區(qū)鍛造和ａ＋ｐ兩相區(qū)鍛造通過精確調(diào)控合??金的熱處理制度，可以實現(xiàn)ＴＣ１７合金良好的強(qiáng)度、塑性和初性的匹配。熱處理??后ＴＣ１７合金其屈服強(qiáng)度可達(dá)到１０５０?ＭＰａ？１１９０?ＭＰａ，該強(qiáng)度水平高于Ｔｉ－６Ａ１－??４Ｖ鈦合金，與Ｔｉ－６Ａｌ－６Ｖ－２Ｓｎ合金相當(dāng)。ＴＣ１７合金塑性和斷裂靭性均優(yōu)于Ｔｉ－??６Ａｌ－６Ｖ－２Ｓｎ合金，蠕變性能優(yōu)于Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖ合金［１９，?２Ｇ】。ＴＣ１７
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]真空自耗冶煉過程數(shù)值仿真研究進(jìn)展[J]. 曲敬龍,楊樹峰,陳正陽,杜金輝,畢中南,孔豪豪. 中國冶金. 2020(01)
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[4]Phase-field simulation for the evolution of solid/liquid interface front in directional solidification process[J]. Yuhong Zhao,Bing Zhang,Hua Hou,Weipeng Chen,Meng Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
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[4]熱加工TC17合金組織演變及其對高溫性能的影響[D]. 賈志強(qiáng).西北工業(yè)大學(xué) 2016
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博士論文
[1]真空自耗冶煉過程數(shù)值仿真研究進(jìn)展[J]. 曲敬龍,楊樹峰,陳正陽,杜金輝,畢中南,孔豪豪. 中國冶金. 2020(01)
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[8]熔煉方式對TC17鈦合金鑄錠化學(xué)成分及棒材組織均勻性的影響研究[J]. 岳旭,楊國慶,李渭清,喬璐,馬寶軍,張平輝,何書林,賈栓孝. 鈦工業(yè)進(jìn)展. 2016(05)
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[10]Influence of Process Parameters and Sr Addition on the Microstructure and Casting Defects of LPDC A356 Alloy for Engine Blocks[J]. Giulio Timelli,Daniele Caliari,Jovid Rakhmonov. Journal of Materials Science & Technology. 2016(06)
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[2]TC17鈦合金片狀組織靜態(tài)球化及演變機(jī)理[D]. 徐建偉.西北工業(yè)大學(xué) 2017
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[6]螺旋磁場攪拌對合金內(nèi)在質(zhì)量影響的模擬與實驗研究[D]. 趙倩.大連理工大學(xué) 2013
[7]電磁場作用下鋁合金凝固理論基礎(chǔ)研究[D]. 班春燕.東北大學(xué) 2002
[8]電磁力對金屬熔體驅(qū)動與運(yùn)動形態(tài)控制的研究[D]. 王曉東.大連理工大學(xué) 2002
碩士論文
[1]含硬α夾雜鈦合金輪盤疲勞裂紋擴(kuò)展特性研究[D]. 鄒煜申.浙江大學(xué) 2018
[2]鈦合金片狀組織演變機(jī)制與球化動力學(xué)研究[D]. 賴運(yùn)金.西北工業(yè)大學(xué) 2007
本文編號：2894969
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