鈦合金表面富氧α層的形成及其對力學性能的影響.pdf

1、當在含氧環(huán)境中高溫暴露時，鈦合金表面會元素會與氧發(fā)生復雜的物理化學反應而形成氧化物，與此同時形成富氧α層。富氧α層質(zhì)硬而脆，十分容易在鈦合金表面形成細小的裂紋，嚴重影響零部件的質(zhì)量，一些零部件的失效往往和富氧α層有關(guān)。
　　本文以TA15、TC4和TA2鈦合金為研究對象，設置不同的熱處理溫度和保溫時間，探究不同熱處理工藝下鈦合金表面富氧α層的厚度隨著溫度和保溫時間變化的增長規(guī)律，并利用金相法和顯微硬度法對富氧α層的厚度進行測定，對

2、比和分析兩種方法測定富氧α層厚度的優(yōu)缺點。研究鈦合金富氧α層的金相組織演化，研究富氧α層的形成動力學，得到了富氧α層厚度與加熱溫度和加熱時間的聯(lián)系。研究了富氧α層對鈦合金拉伸性能及斷裂機制的影響規(guī)律。
　　利用金相法和顯微硬度法均可對富氧α層厚度進行表征，結(jié)果表明金相法測得的富氧α層厚度小于顯微硬度法。顯微硬度法能夠通過硬度值的不同準確的反映材料組織的變化，進而能夠更準確的表征出富氧α層的厚度。對于組織結(jié)構(gòu)單一或富氧程度較輕的組織

3、，金相法誤差較大。而對于富氧α層厚度較小的情況，顯微硬度法存在無法測厚或誤差較大的缺點。
　　三種類型的鈦合金富氧α層形成與組織演化過程的研究表明。TA2鈦合金表現(xiàn)為α相的粗化和融合。TA15鈦合金表現(xiàn)為條狀α相的粗化、球化和融合。TC4鈦合金表現(xiàn)為雙態(tài)組織中條狀α相的長大、球化和與等軸α相的融合。
　　富氧α層的增厚符合拋物線規(guī)律，本文根據(jù)實驗結(jié)果建立了保溫溫度和保溫時間的富氧α層增厚方程。分別計算了三種鈦合金在不同保溫溫

4、度下，氧元素的擴散系數(shù)。通過阿累尼烏斯方程，計算了三種鈦合金的富氧α層形成的熱激活能。TA2合金的熱激活能101.6kJ/mol，TA15合金熱激活能為146.5kJ/mol，TC4合金熱激活能為161.04kJ/mol。材料的熱激活能越低，富氧α層越容易形成。
　　富氧α層的存在對三種牌號鈦合金的力學性能均有較大影響。富氧α層的形成導致內(nèi)部拉應力的存在，這部分拉應力的切應力分量在拉伸過程中會導致鈦合金過早屈服。富氧α層的存在同時