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Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金力学性能的研究

作　者: 蒋香草
导　师: 沈军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 高温钛合金等温锻造持久性能固溶时效
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金是目前最为成功的高温钛合金体系之一,本文研究的Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金属于该系合金,与其它高温钛合金相比,在成分上的差别主要是Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金中含有W,W元素的加入有利于改善钛合金的热强性。本文主要对Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金的力学性能进行研究,包括可锻性和高温持久性能。等温锻造是20世纪60年代后发展起来的一种新型热加工工艺,它可以减少变形抗力、机械加工量;通过有效控制锻造工艺参数,可使锻件的最终组织和性能均匀、一致。本文采用等温模锻工艺研究Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金棒材的可锻性。结果表明:等温模锻后试样变形量达到43.5%,可锻性较好。锻后显微组织对锻造温度变化敏感,在相变点以下进行等温锻造时,随着锻造温度的升高,初生α相的含量逐渐减少,尺寸增大,等轴化程度增加。检测不同温度等温锻后样品的力学性能发现,室温压缩强度均超过1000MPa,断裂应变均超过25%。750℃高温压缩时样品的变形抗力下降,压缩屈服强度均不超过500MPa,变形机制为动态再结晶。采取相变点以下固溶热处理制度对样品室温力学性能和750℃高温力学性能的影响不大。高温持久实验表明,2mm厚的Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金板材在相变点以上固溶时效热处理后,获得了较好的高温持久性能,在550℃,300MPa的条件下合金的持久时间超过1000小时;在600℃,300MPa的条件下合金的持久时间超过140小时,持久断裂延伸率达到29%,收缩率达到31%,持久断裂后断口呈现韧窝状这一典型的韧性断裂形貌。不同温度下的拉伸实验表明,2mm厚的Ti-Al-Sn-Zr-W-Si高温钛合金板材在相变点以下退火后,室温屈服强度达到1051MPa,在750℃拉伸时,屈服强度为273MPa,伸长率高达57.43%;对拉伸试样进行持久试样同样的热处理后,在550℃、600℃拉伸时伸长率均不超过11%,表明持久性能较好的组织,在同样温度下短时拉伸性能有所降低。室温、550℃、600℃、750℃拉伸后,钛合金拉伸试样的断口均呈韧窝状形貌。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-25
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 钛合金简介  11-18
    1.2.1 钛的性质  11
    1.2.2 钛合金化的特点  11-13
    1.2.3 钛合金的分类及显微组织  13-15
    1.2.4 钛合金的相变  15
    1.2.5 钛合金的热处理  15-17
    1.2.6 高温钛合金的研究现状与发展  17-18
  1.3 高温钛合金等温锻造技术与持久性能的研究现状  18-24
    1.3.1 高温钛合金的等温锻造技术  18-20
    1.3.2 高温钛合金的持久性能  20-24
  1.4 本论文研究的内容  24-25
第2章材料及实验方法  25-29
  2.1 实验材料  25
  2.2 实验方法  25-26
    2.2.1 棒材等温模锻实验  25
    2.2.2 板材高温持久试验  25-26
  2.3 分析测试方法  26-29
    2.3.1 X 射线衍射分析——XRD  26
    2.3.2 扫描电子显微镜分析——SEM  26-27
    2.3.3 差热分析——DTA  27
    2.3.4 力学性能分析  27-28
    2.3.5 热处理工艺设计  28-29
第3章 TMN 高温钛合金等温锻造实验及性能分析  29-47
  3.1 引言  29
  3.2 TMN 高温钛合金成分及原始组织表征  29-32
  3.3 TMN 高温钛合金棒料等温锻造实验  32-46
    3.3.1 等温锻造参数要求  32
    3.3.2 等温锻造的模具设计  32-33
    3.3.3 等温锻造实验工艺流程  33-34
    3.3.4 TMN 高温钛合金等温锻后组织表征  34-36
    3.3.5 压缩实验  36-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 TMN 高温钛合金持久性能分析  47-61
  4.1 引言  47
  4.2 高温持久性能  47-60
    4.2.1 高温持久实验试样原始组织特点  47-49
    4.2.2 高温持久性能测试实验  49-51
    4.2.3 高温持久实验后的组织  51-54
    4.2.4 持久过程分析  54-60
  4.3 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-68
致谢  68

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