含碳Ti-Fe基合金的組織性能研究.pdf

1、近年來，鈦合金的低成本化已成為國內(nèi)外鈦工業(yè)領(lǐng)域研究的重要方向。已有報道表明，Ti65Fe35合金的室溫壓縮屈服強(qiáng)度為1800MPa，最大強(qiáng)度達(dá)到了2220MPa，塑性應(yīng)變達(dá)6.7％；合金中TiFe相分布于具有韌性的過飽和β-Ti的基體中，這種硬質(zhì)相彌散分布在韌性基體中的結(jié)構(gòu)，使得合金兼具高強(qiáng)度、高彈性模量以及良好的塑性。本文以Ti-Fe合金為對象，以進(jìn)一步提高其強(qiáng)度及塑性為目標(biāo)，通過加入微量C元素，制備了Ti-Fe、Ti-Fe-C、Ti

2、-Al-Fe以及Ti-Al-Fe-C等一系列合金，研究了合金在鑄態(tài)、熱軋態(tài)等條件下的組織與力學(xué)性能。
　　實(shí)驗(yàn)中用真空非自耗電弧熔煉爐制備了合金，用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡，X射線衍射儀，差示掃描量熱儀等分析設(shè)備，分別對其金相顯微組織、斷口形貌、相組成，熱物性與凝固行為進(jìn)行分析，并利用INSTRON-5982萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、硬度計對合金進(jìn)行力學(xué)性能測試。
　　首先，用高純鈦和高純鐵制備了Ti100-xFex（x=10,

3、15,20,25,30,35,40）等一系列合金。結(jié)果表明，過共晶Ti60Fe40和Ti65Fe35、共晶Ti70.5Fe29.5、亞共晶Ti75Fe25均由有序結(jié)構(gòu)的TiFe相以及無序結(jié)構(gòu)的β-Ti固溶體組成；Ti80Fe20、Ti85Fe15以及Ti90Fe10等近共析合金均由β-Ti固溶體為主要組成相，Ti80Fe20的晶粒呈取向性的粗大枝晶，Ti85Fe15以及Ti90Fe10中的晶粒呈等軸狀，合金的屈服強(qiáng)度隨著Fe含量的減少而

4、減少，同時塑性也隨著Fe含量的減少而增加。Ti-Fe二元合金的硬度隨著Fe含量的增加而增加。
　　其次，研究了C的加入對Ti100-xFex（x=10,15,20,25,30,35,40）合金的組織和性能的影響。在鑄態(tài)Ti80(Fe97.45C2.55)20、Ti85(Fe97.45C2.55)15以及Ti90(Fe97.45C2.55)10合金中可觀察到在β-Ti相基體上均勻分布的長寬分別約5-20μm和0.5μm的長條狀TiF

5、e相組織。從Ti65Fe35與Ti65(Fe97.45C2.55)35的室溫壓縮曲線比較，在向Ti65Fe35中加入少量的C之后，其屈服強(qiáng)度由1768MPa下降為1585MPa，但是塑性應(yīng)變由0.7%增加至10.7%，其單軸抗壓強(qiáng)度由1906MPa增加至2751MPa。比較Ti80Fe20與Ti80(Fe97.45C2.55)20的室溫壓縮曲線，其屈服強(qiáng)度由1684MPa提升至1755MPa，塑性提升尤為明顯，從2.1%提升至24.5%

6、。對Ti90(Fe97.45C2.55)10進(jìn)行900℃熱軋然后水淬，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)1212MPa，其延伸率為7%，對其拉伸斷口進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的韌窩，說明其具有一定的塑性。最后，制備了名義成分為Ti-6Al-4Fe、Ti-6Al-4Fe-0.02C、Ti-3Al-10Fe以及Ti-3Al-10Fe-0.06C合金，這四種合金經(jīng)過900℃熱軋水淬，在Ti-6Al-4Fe及Ti-6Al-4Fe-0.02C中均發(fā)現(xiàn)有片層結(jié)構(gòu)的α相，T