高温高强钛合金的热处理工艺及相变行为研究

论文摘要

本文采用合金化的方法研制了一种新型高温高强（α+β）钛合金,并研究了该新型Ti650钛合金的热处理工艺及相变行为。利用维氏硬度计,x射线衍射分析仪,光学显微镜和扫描电子显微镜,研究了Ti650钛合金在不同固溶温度和不同冷却方式下的显微组织和相组成的变化,以及经1015°C固溶水冷后,不同时效温度、不同时效时间对显微组织、相组成和硬度的影响。通过优化设计,确定出热处理工艺,分别对Ti650-2钛合金经一重退火处理以及Ti650-1钛合金经二重和三重热处理后的室温、650°C拉伸性能和室温冲击韧性与各自对应显微组织之间的关系进行了探讨。研究结果表明: Ti650钛合金的淬透性很强,经β相区固溶处理后,水冷,油冷,空冷和炉冷依次得到α′′、α′、α+β相。随着固溶温度的降低,合金中的初生α含量不断增加,合金显微组织由魏氏、α+魏氏,向α+β转的双态组织转变;在Ti650-1钛合金中,α′′马氏体在等温转变过程时,先迅速切变为α′马氏体,再分解为α+β。等温转变“鼻温”为750°C左右。转变方式为:α′′→α′→α+β。等温处理的温度越高,硬度的整体水平越低。在“鼻温”附近时效,硬度由低到高在短时间内变化大。经600°C时效,合金硬度可以得到很好的调整和控制。与近α钛合金相比,Ti650钛合金中β稳定元素（Mo,W）含量的增加确实可以提高合金650°C下的瞬时强度,并存在一最佳值,对本课题来说,β稳定元素含量的最佳值大约为Mo:2.5wt.%;W:1.4wt.%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 热强钛合金简介
• 1.1.1 热强钛合金的发展历史与现状
• 1.1.2 热强钛合金中的成分
• 1.1.3 热强钛合金中的相
• 1.1.4 热强钛合金的显微组织和性能
• 1.1.5 热强钛合金的热处理工艺
• 1.2 Ti650 钛合金的设计基础
• 1.3 本课题研究的目的和内容
• 2 实验材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 金相组织观察
• 2.2.2 析出相含量的测定
• 2.2.3 硬度测试
• 2.2.4 力学性能实验
• 2.2.5 拉伸、冲击断口形貌观察
• 2.2.6 x 射线衍射分析（XRD）
• 2.2.7 热处理实验
• 3 Ti650 钛合金的相组成
• 3.1 合金的（Α+Β）/ Β转变温度测定
• 3.1.1 实验设备
• 3.1.2 试样
• 3.1.3 实验方法
• 3.1.4 实验结果
• 3.2 Ti650 钛合金相组成
• 3.2.1 Ti650 钛合金β相区固溶后不同冷却速率下的相
• 3.2.2 Ti650-1 钛合金在β转变点以下不同固溶温度相组成
• 3.2.3 时效处理对Ti650-1 钛合金相组成的影响
• 3.3 热处理与合金硬度变化
• 3.4 分析与讨论
• 3.5 本章小结
• 4 热处理工艺与显微组织的关系
• 4.1 实验材料及设备
• 4.2 实验方法
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 固溶处理对Ti650 钛合金显微组织的影响
• 4.3.2 时效处理对Ti650 钛合金显微组织的影响
• 4.4 分析与讨论
• 4.5 本章小结
• 5 热处理工艺、显微组织与机械性能的关系
• 5.1 实验方法
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 固溶处理对Ti650 合金机械性能的影响
• 5.2.2 双重退火对合金机械性能的影响
• 5.2.3 三重热处理对合金机械性能的影响
• 5.2.4 不同热处理工艺下的Ti650 钛合金的显微组织
• 5.3 分析与讨论
• 5.3.1 不同热处理制度对Ti650 钛合金显微组织的影响
• 5.3.2 不同热处理制度和不同显微组织对Ti650 钛合金拉伸性能的影响
• 5.3.3 不同热处理制度和不同显微组织对Ti650 钛合金冲击韧性的影响
• 5.3.4 两种成分Ti650 钛合金（Ti650-1,Ti650-2）的比较
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 致谢