置氢TC21合金高温变形行为研究

论文摘要

钛及钛合金有着优异的综合性能,在航空、航天、舰船等领域有着广泛的应用。然而,钛及钛合金室温变形极限低、变形抗力大、冷成形容易开裂,大大限制了钛合金的冷态工艺。因此,绝大多数钛合金必须在热态下成形。而钛合金热变形温度高、流动应力大,给钛合金热加工带来很大困难。钛合金热氢加工技术,把氢作为一种临时合金化元素,利用氢致钛合金高温增塑性以及氢在钛合金中的可逆合金化作来用改善钛合金热加工性能。本文对TC21合金热氢加工过程进行了系统研究。合金的室温组织是影响其高温变形性能的重要因素,本文采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及透射电子显微镜分析了置氢对TC21合金室温组织及相组成的影响规律;通过连续升温金相法测定了氢含量对合金相变温度的影响,结果表明氢含量在00.7wt.%范围内时,当氢含量为0.1wt.%时合金的相变温度下降幅度最大,达到80℃;随着氢含量的增加,合金的相变温度进一步下降,但是下降幅度逐渐减小;氢含量为0.7wt.%合金具有最低相变温度,约为810±5℃,比不含氢合金降低了约150℃。利用Instron-5500R万能材料试验机对TC21-xH系列合金进行等温压缩试验,分析了氢含量、变形温度及应变速率对合金高温变形性能的影响规律。研究表明:适量的氢可以明显降低TC21合金高温变形流动应力,降低合金热加工温度,提高合金加工变形速率,改善合金热加工性能;在750℃时,置氢的软化作用最为显著,含氢量0.3%为最佳含氢量,其稳态流动应力比不含氢试样降低59MPa,约36%;另外,合金在两相区变形时,随着氢含量的增加,合金高温变形稳态应力呈现先下降后升高的变化规律;当合金在β单相区变形时,随着氢含量的增加其流动应力呈现逐渐升高的趋势,即未置氢合金具有最低流动应力。通过对变形后合金组织的观察,探讨了氢致TC21合金高温增塑性机理;另外,通过真空退火对高温变形后合金进行除氢,确保合金中的氢含量在安全范围内;并结合力学性能试验与组织分析,制定出TC21合金热氢加工工艺参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛及钛合金
• 1.3 钛合金氢处理技术及其研究进展
• 1.3.1 氢在钛合金中的存在形式
• 1.3.2 氢处理对钛合金高温增塑性影响研究进展
• 1.3.3 钛氢微观作用机理
• 1.3.4 氢对钛合金相变的影响
• 1.4 本文的研究目的和研究内容
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 氢处理工艺
• 2.2.2 相变温度测定
• 2.2.3 力学性能测试
• 2.3 材料组织结构分析
• 2.3.1 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 扫描电镜组织观察（SEM）
• 2.3.3 透射电镜观察（TEM）
• 第3章 TC21-xH 钛合金室温组织研究
• 3.1 引言
• 3.2 XRD 物相分析
• 3.3 TC21-xH 钛合金室温SEM 组织
• 3.4 TC21-xH 合金室温TEM 组织观察
• 3.5 氢含量对TC21 钛合金β相变温度的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 TC21-xH 合金高温变形力学行为研究
• 4.1 引言
• 4.2 TC21-xH 合金高温变形真应力-真应变曲线
• 4.3 氢含量对TC21-xH 高温流动行为的影响
• 4.4 温度对TC21-xH 合金高温流动行为的影响
• 4.5 应变速率对TC21-xH 合金高温流动行为的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 TC21-xH 钛合金高温变形组织演变规律研究
• 5.1 引言
• 5.2 氢含量对TC21 合金高温变形组织演变规律的影响
• 5.3 变形温度对TC21-xH 合金高温变形组织演变规律的影响
• 5.4 应变速率对TC21-xH 合金高温变形组织演变规律的影响
• 5.5 氢致TC21 合金高温增塑性机理讨论
• 5.6 TC21-xH 合金真空退火除氢
• 5.7 TC21-xH 合金热加工过程中氢的存在性讨论
• 5.8 TC21 合金最佳氢含量及热加工工艺参数制定
• 5.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢