间隙元素（H、N、O）对铸造钛合金组织和力学性能的影响

论文摘要

与变形钛合金相比,铸造钛合金可显著提高原材料的利用率及降低成本,特别是热等静压技术广泛应用于钛铸件,钛合金的力学性能及生产稳定性明显提高,钛合金铸件已经得到了广泛应用。然而在铸造生产过程中,钛合金铸件避免不了被氢、氮、氧等间隙杂质元素污染。本文通过真空自耗凝壳炉熔炼和充氢处理工艺,分别研究了间隙元素氢、氮、氧对铸造钛合金组织和力学性能的影响,为控制合金间隙元素含量的合理范围提供了依据,最后根据研究结果进行了低间隙元素钛合金铸件的研制。氢对铸造钛合金的影响研究表明,氢对α钛合金组织影响要远大于α+β型和β型钛合金。经过渗氢处理后,在ZTA1和ZTA7合金发现了析出相TiH2,并且析出相随氢含量的增加而增加;在ZTC4和ZBT22合金中没有新相析出。随着氢含量的增加,ZTA1、ZTC4、ZBT22及ZTA7合金的拉伸强度明显提高,而伸长率和断面收缩率随着氢含量的增加而降低。氮对铸造钛合金的影响研究表明,当ZTA1合金中氮含量达到0.080wt%时,出现析出相TiN0.3;当氮含量不超过0.072wt%时,ZTC4没有新相生成。随着氮含量的增加,ZTA1和ZTC4合金的抗拉强度和屈服强度提高,而伸长率和断面收缩率明显下降。氧对铸造钛合金的影响研究表明,当氧含量分别小于0.38wt%和0.35wt%时,间隙元素氧对ZTA1和ZTC4这两种合金的金相组织影响很小,金相组织基本没有变化。随着氧含量的增加,ZTA1和ZTC4合金的抗拉强度和屈服强度明显提高,而伸长率和断面收缩率下降。由于氮、氧都是钛的α稳定元素,因此引入氧当量来衡量其对钛性能影响的大小。经过计算认为,将ZTC4-ELI合金的氧当量控制在0.13%～0.18%范围内时,其铸件能够获得较好的强度和塑性搭配,并最终在工程应用中获得了较好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛及钛合金的应用及分类
• 1.3 氢对钛合金组织和性能影响及研究现状
• 1.3.1 钛合金氢脆
• 1.3.2 钛合金氢处理
• 1.4 氮对钛合金性能影响及研究现状
• 1.5 氧对钛合金性能影响及研究现状
• 1.6 本课题的目的及研究内容
• 1.6.1 目的
• 1.6.2 研究内容
• 第二章 试验材料和试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试样的充氢
• 2.2.2 试样中充氮、氧
• 2.3 试验条件
• 第三章 氢含量对铸造钛合金组织和力学性能的影响
• 3.1 钛合金试样的原始成分及充氢量
• 3.2 氢含量对ZTA1组织和力学性能的影响
• 3.2.1 金相组织和相组成
• 3.2.2 氢含量对ZTA1力学性能的影响
• 3.3 氢含量对ZTC4组织和力学性能的影响
• 3.3.1 金相组织和相组成
• 3.3.2 氢含量对ZTC4力学性能的影响
• 3.4 氢含量对ZBT22组织和力学性能的影响
• 3.4.1 金相组织和相组成
• 3.4.2 氢含量对ZBT22力学性能的影响
• 3.5 氢含量对ZTA7组织和力学性能的影响
• 3.5.1 金相组织和相组成
• 3.5.2 氢含量对ZTA7力学性能的影响
• 3.6 分析和讨论
• 3.7 本章小结
• 第四章 氮对铸造钛合金组织和力学性能的影响
• 4.1 钛合金试样的氮含量
• 4.2 氮含量对ZTA1合金组织和性能的影响
• 4.2.1 相组成和金相组织
• 4.2.2 氮含量对ZTA1合金力学性能的影响
• 4.3 氮含量对ZTC4合金组织和性能的影响
• 4.3.1 金相组织和相组成
• 4.3.2 氮含量对ZTC4力学性能的影响
• 4.4 分析和讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 氧对铸造钛合金组织和力学性能的影响
• 5.1 钛合金试样的氧含量
• 5.2 氧含量对ZTA1合金组织和性能的影响
• 5.2.1 金相组织和相组成
• 5.2.2 氧含量对ZTA1合金力学性能的影响
• 5.3 氧含量对ZTC4合金组织和力学性能的影响
• 5.3.1 金相组织和相组成
• 5.3.2 氧含量对ZTC4力学性能的影响
• 5.4 试验结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 低间隙元素钛合金铸件的研制
• 6.1 ZTC4-ELI材料成分设计
• 6.2 ZTC4-ELI铸件试制
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢