液态置氢对Ti600和TC21合金组织和性能的影响

论文摘要

液态置氢技术是将氢气或者钛氢化合物直接置入液态金属中去的全新的氢处理方法,是一种新方法,新手段。本文研究了液态置氢吸氢行为;通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜研究了液态置氢后钛合金的宏观组织和微观组织的变化;通过Gleeble-1500热模拟机、万能材料试验机和显微硬度计测试了液态置氢后的力学性能变化。研究结果表明:置氢的量随着氢分压力的增加而增加,最大置氢量可以达到10at.%;液态置氢的时间极短,对于29克的钮扣锭约为100s以内。Ti600合金液态置氢后,发现组织先细化后又长成粗大的柱状晶;TC21合金随着氢含量的增加组织细化趋势明显,并生长成细小柱状组织。通过理论分析认为细化由于形核率的提高和枝晶游离造成的,氢元素降低了临界晶核表面自由能;降低扩散激活能,氢增强了钛原子的自扩散能力和溶质原子的扩散能力;从而增加了熔体的形核率;晶粒的游离是由于氢原子促近了枝晶的产生及其枝晶根部的颈缩和重熔。柱状组织的产生是由于氢电弧促使熔体表面温度过高造成的。组织的形态是由两者竞争形成的,可见氢对组织的形态有重要影响。Ti600合金液态置氢后,α板条变得细小,当加氢至6.2at.%时组织中出现了α′马氏体和β相,当加氢至10.0at.%时,合金中发现有β相、α′马氏体、β相和γ（面心四方结构）氢化物生成。TC21合金液态置氢后,α′板条变得细小,当加氢至6.5at.%时形成了α"相马氏体,随着加氢量的增加α"相增多,加氢至9.2at.%时形成了孪晶α′相。液态置氢使得Ti600和TC21两种合金的流变应力和屈服强度降低,10at.%左右的氢可以使得两种合金的流变应力和屈服强度降低25%左右。氢的加入降低了变形温度和提高了应变速率。Ti600和TC21两种合金随置氢的增加,流变应力和屈服强度随着温度降低的趋势变缓。Ti600钛合金随着置氢量的增加硬度上升,这是由于合金中的α板条变得细小并且氢含量较高时有α′马氏体和γ氢化物生成使得合金硬度增加,尽管这里有β相生成。TC21钛合金随着置氢量的增加硬度下降,这是由于合金中的β相增多,并且有较软的α"相生成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 钛合金氢处理的现状及应用
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 钛合金中氢的存在形式及作用
• 1.3.1 钛合金中氢的存在形式
• 1.3.2 钛氢微观作用机理
• 1.3.3 氢增塑技术及其改性机理
• 1.4 本文研究的内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 液态置氢试样的制备
• 2.2.2 金相组织观察
• 2.2.3 扫描电镜观察
• 2.2.4 X射线分析
• 2.2.5 透射电镜分析
• 2.2.6 差热分析
• 2.2.7 热模拟
• 2.2.8 热压缩
• 2.2.9 显微硬度实验
• 2.3 试验方案
• 第3章 液态置氢过程分析
• 3.1 液态置氢的热力学动力学过程
• 3.1.1 吸氢的热力学过程
• 3.1.2 吸氢量的计算
• 3.1.3 吸氢动力学
• 3.2 本章小结
• 第4章 液态置氢对钛合金铸锭组织的影响
• 4.1 置氢处理对Ti600 钛合金组织的影响
• 4.1.1 置氢对Ti600 合金宏观组织的影响
• 4.1.2 差热分析
• 4.1.3 置氢对Ti600 合金微组织的影响
• 4.1.4 置氢对Ti600 合金相组成的影响
• 4.1.5 透射电镜分析
• 4.2 液态置氢处理对TC21 钛合金组织的影响
• 4.2.1 液态置氢对TC21 合金宏观组织的影响
• 4.2.2 置氢对TC21 合金显微组织的影响
• 4.2.3 置氢对TC21 合金相组成的影响
• 4.2.4 差热分析
• 4.3 液态置氢组织的演化过程
• 4.4 本章小结
• 第5章 液态置氢对钛合金力学性能的影响
• 5.1 液态置氢对TC21 力学性能的影响
• 5.1.1 氢对TC21 流变性能的影响
• 5.1.2 温度对含氢TC21 钛合金力学性能的影响
• 5.1.3 氢对TC21 显微硬度的影响
• 5.2 液态置氢对Ti600 力学性能的影响
• 5.2.1 氢对力学性能的影响
• 5.2.2 温度对含氢Ti600 合金的力学性能影响
• 5.2.3 置氢对Ti600 硬度的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历