Ti600合金組織和高溫性能的研究.pdf

1、高溫鈦合金是隨著航空工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，并成為鈦合金研究的一個(gè)十分重要的領(lǐng)域。為滿足新型先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，世界各國(guó)都在競(jìng)相發(fā)展600℃及其以上長(zhǎng)時(shí)間使用的高溫鈦合金。Ti600合金是西北有色金屬研究院自行研制的一種含有稀土元素Y的近α型高溫鈦合金，其使用溫度在600℃～650℃。目前的高溫鈦合金，往往是熱穩(wěn)定性不夠理想，表現(xiàn)為鈦合金在高溫環(huán)境的使用過(guò)程中性能明顯降低，成為高溫鈦合金發(fā)展的嚴(yán)重障礙。表面氧化對(duì)熱穩(wěn)定性有著直接的

2、影響，因此，對(duì)Ti600合金的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能研究具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。
　　基于以上考慮，本文通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法研究加工工藝(常規(guī)軋制工藝和熱機(jī)械處理工藝TMP(thermomechanical processing))和稀土元素Y對(duì)Ti600合金組織性能的影響。采用兩種典型的熱處理制度(1008℃/2hAC+650℃/8hAC;1060℃/1hAC+650℃/8hAC)處理后，進(jìn)行拉伸（室溫和650℃）、蠕變(650℃/10

3、0MPa/100h)和熱穩(wěn)定性(600℃～750℃/100h)等力學(xué)性能測(cè)試，并結(jié)合金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)等手段進(jìn)行組織、斷口形貌的觀察與分析，得出加工工藝和稀土元素Y對(duì)Ti600合金各性能的影響規(guī)律。本文還通過(guò)600℃～750℃連續(xù)氧化方法對(duì)Ti600合金的抗氧化性能作進(jìn)一步研究。通過(guò)氧化動(dòng)力學(xué)、氧化層表面形貌觀察、物相結(jié)構(gòu)分析以及元素分布等方面進(jìn)行分析Ti600合金的高溫氧化行為。以期為該合金的應(yīng)用提供參

4、考。
　　論文取得的主要結(jié)論如下:
　　(1) Ti600合金在1008℃/2h AC+650℃/8h AC處理后，得到含有10％～15％初生α相的雙態(tài)組織;在1060℃/1hAC+650℃/8h AC處理后，得到片層組織。與片層組織相比，雙態(tài)組織具有較好熱穩(wěn)定性的和拉伸塑性，但拉伸強(qiáng)度和蠕變性能不如片層組織。加工工藝也影響著合金的組織，TMP工藝可以使組織變得均勻，但并沒(méi)有細(xì)化組織。與常規(guī)工藝相比，TMP工藝使合金的室溫強(qiáng)

5、度（屈服和抗拉強(qiáng)度）降低，塑性得到改善。同時(shí)高溫拉伸性能、熱穩(wěn)定性和蠕變性能均較好。
　　(2)在含有少量稀土元素Y的Ti600合金中，Y除少量的以固溶態(tài)存在外，大部分以稀土氧化物Y2O3的形式析出，并彌散分布。它可以細(xì)化組織，并能降低鋁當(dāng)量，抑制脆性α2相的析出。稀土元素Y對(duì)Ti600合金的室溫強(qiáng)度（屈服和抗拉強(qiáng)度）影響不大，但可改善合金的室溫塑性和高溫拉伸性能。另外，稀土Y可以改變硅化物S2-(Ti、Zr)6Si3和α2(Ti

6、3Al)析出和分布，以及合金中的位錯(cuò)組態(tài)，明顯提高合金的熱穩(wěn)定性和蠕變性能。
　　(3) Ti600和Ti600-Y兩合金在600℃～750℃熱暴露100h后，試樣表面氧化形成的脆性層誘發(fā)裂紋是影響熱穩(wěn)定性能的重要因素。在長(zhǎng)時(shí)間熱暴露過(guò)程中，S2和α2的析出對(duì)塑性有較大影響，但是這兩種相的析出受溫度的控制。本研究發(fā)現(xiàn)，在650℃～700℃暴露時(shí)，兩種相的析出量和尺寸大小均適宜，毛坯塑性較好。
　　(4)通過(guò)氧化動(dòng)力學(xué)曲線和動(dòng)