Ta和Nb对高温钛合金组织和性能的影响

论文摘要

本论文以Ti-6Al-3Sn-3.6Zr-0.5Mo-0.45Si为主要的合金成分,向其成分中添加了0wt.%、1.5wt.%、3.0wt.%、4.5wt.%、6.0wt.%的Ta元素和0wt.%、0.5wt.%、1.0wt.%、1.5wt.%的Nb元素。分析了Ta元素和Nb元素以及热处理的工艺参数（温度:950℃、1020℃、1050℃;时间:30min、45min、60min）对合金组织、元素分布情况以及力学性能的影响。Ta元素和Nb元素加入后,XRD和能谱的分析表明,合金中含有α相和β相,并没有产生新相,Ta元素和Nb元素固溶在合金基体内,起到了固溶增强的作用。随着Ta元素和Nb元素含量的增加,铸态合金组织中的β相含量增加,α片层变厚;当复合添加Ta元素的质量分数为3.0wt.%,Nb元素的质量分数为1.0wt.%时,合金的组织为网篮组织,室温压缩性能出现峰值,抗压强度为1772.93MPa,屈服强度为1068.34MPa,压缩率为36.38%;比未加入Ta和Nb两种元素的合金,抗压强度提高了164.40MPa,屈服强度提高了118.12MPa,压缩率提高了6.49%。热处理过程中,合金内出现Mo、Nb、Ta这3个元素在α相和转变β相中偏聚的现象,温度越高、时间越长,3种元素在转变β相中的含量越多;随着Ta元素和Nb元素质量分数的增加,转变β相含量所占比例增大。当Ta元素和Nb元素的复合添加量分别为3.0wt.%和1.0wt.%,热处理温度和时间分别为1020℃和45min时,室温压缩性能出现峰值,抗压强度为1879.51MPa,屈服强度为1127.17MPa,压缩率为38.46%;比相同条件下,未加入Ta和Nb两种元素的合金,抗压强度提高了370.09MPa,屈服强度提高了131.80MPa,压缩率提高了7.23%;对合金的断口形貌分析表明,合金的断口上含有大量韧窝,因此塑性很好,为韧性断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 高温钛合金的发展现状以及应用
• 1.2.1 美国研制的主要钛合金特点及其应用
• 1.2.2 英国研制的主要钛合金特点及其应用
• 1.2.3 俄罗斯研制的主要钛合金特点及其应用
• 1.2.4 中国研制的主要钛合金特点及其应用
• 1.3 高温钛合金的组织
• 1.3.1 魏氏组织
• 1.3.2 网篮组织
• 1.3.3 等轴组织
• 1.3.4 双态组织
• 1.4 高温钛合金中各种元素的作用
• 1.4.1 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si 系的主导方向
• 1.4.2 合金中的元素及其作用
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料和成分设计
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验成分设计
• 2.2 合金的熔炼制备
• 2.3 热处理试样的制备
• 2.4 显微组织分析
• 2.5 性能测试
• 第3章 Ta 和Nb 对铸态合金组织和性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 铸态合金的正交试验分析
• 3.2.1 Ta 和Nb 对铸态合金抗压强度的影响
• 3.2.2 Ta 和Nb 对铸态合金屈服强度的影响
• 3.2.3 Ta 和Nb 对铸态合金压缩率的影响
• 3.3 Ta 对铸态合金组织和性能的影响
• 3.3.1 Ta 对铸态合金组织的影响
• 3.3.2 Ta 对铸态合金性能的影响
• 3.4 Nb 对铸态合金组织和性能的影响
• 3.4.1 Nb 对铸态合金组织的影响
• 3.4.2 Nb 对铸态合金性能的影响
• 3.5 Ta 和Nb 复合对铸态合金组织和性能的影响
• 3.5.1 Ta 和Nb 复合对铸态合金组织的影响
• 3.5.2 Ta 和Nb 复合对铸态合金性能的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 Ta 和Nb 对热处理态合金组织和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 热处理态合金的正交试验分析
• 4.2.1 Ta 和Nb 对热处理态合金抗压强度的影响
• 4.2.2 Ta 和Nb 对热处理态合金屈服强度的影响
• 4.2.3 Ta 和Nb 对热处理态合金压缩率的影响
• 4.3 Ta 对热处理态合金组织和性能的影响
• 4.3.1 Ta 对热处理态合金组织的影响
• 4.3.2 Ta 对热处理态合金性能的影响
• 4.4 Nb 对热处理态合金组织和性能的影响
• 4.4.1 Nb 对热处理态合金组织的影响
• 4.4.2 Nb 对热处理态合金性能的影响
• 4.5 Ta 和Nb 复合对热处理态合金组织和性能的影响
• 4.5.1 Ta 和Nb 复合对热处理态合金组织的影响
• 4.5.2 Ta 和Nb 复合对热处理态合金性能的影响
• 4.6 热处理温度对合金组织和性能的影响
• 4.6.1 热处理温度对合金组织的影响
• 4.6.2 热处理温度对合金元素分布的影响
• 4.6.3 热处理温度对合金性能的影响
• 4.6.4 热处理温度对合金压缩断口形貌的影响
• 4.7 热处理时间对合金组织和性能的影响
• 4.7.1 热处理时间对合金组织的影响
• 4.7.2 热处理时间对合金元素分布的影响
• 4.7.3 热处理时间对合金性能的影响
• 4.7.4 热处理时间对合金压缩断口形貌的影响
• 4.8 合金高温压缩性能
• 4.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢