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1、專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的高溫近基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的高溫近?TiTi合金和高強(qiáng)韌合金和高強(qiáng)韌近?TiTi合金合金成分設(shè)計與性能測試成分設(shè)計與性能測試CompositionDesignofHighTemperatureNear????TiAlloysHighStrengthDuctilityNear????TiAlloysTheirProperties作者姓名:呂中源工程領(lǐng)域:材料工程學(xué)號:31505016指導(dǎo)教師:董闖教授完成
2、日期:2017年5月1日大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文I摘要良好的高溫性能和高的強(qiáng)度與韌性的配合是當(dāng)前各個工程領(lǐng)域?qū)Σ牧戏坌阅艿闹匾螅彩枪こ逃煤辖鸬陌l(fā)展趨勢。具有密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)的高溫近?Ti合金擁有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗氧化性和良好的綜合力學(xué)性能,從而被大量應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)上,而具有面心立方結(jié)構(gòu)(BCC)的高強(qiáng)韌近?Ti合金具有高的抗拉強(qiáng)度和好
3、的斷裂韌性,被廣泛應(yīng)用于航空鍛件。然而由于成分的多元化,使得多組元固溶體合金成分的設(shè)計變得復(fù)雜化,在過去的研究工作中,前人就?Ti合金和?Ti分別提出了Al當(dāng)量法、d電子理論設(shè)計法、電子濃度法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和Mo當(dāng)量法、d電子理論法、電子濃度法等。固溶體合金中溶質(zhì)原子是以化學(xué)短程有序的方式排列的,具有一定結(jié)構(gòu)規(guī)律性,根據(jù)不同合金化元素之間的混合焓大小,可以將這種化學(xué)短程有序特征進(jìn)行簡化描述,本文即利用本組提出的“團(tuán)簇加連接原子”穩(wěn)定結(jié)
4、構(gòu)模型來探索高溫近?鈦合金和高強(qiáng)韌近?Ti合金的成分規(guī)律,以獲得高性能的合金成分。在此結(jié)構(gòu)模型中包含團(tuán)簇和連接原子兩部分,與Ti混合焓越負(fù)的原子會優(yōu)先占據(jù)團(tuán)簇中心位置,而與Ti具有相同晶體結(jié)構(gòu)和相似化學(xué)性質(zhì)的同族元素會占據(jù)團(tuán)簇殼層位置,其他元素作為連接原子。對于近?Ti合金選取600C典型高溫近?Ti合金IMI834作為原始解析合金和參比合金,進(jìn)行原子替換和元素調(diào)整,得到成分通式[Al(Ti13.7Zr0.3)](Al0.65Sn0.2
5、Si0.1(MoNbTaW)0.15);對于近?Ti合金,選取典型高強(qiáng)韌近?Ti合金Ti55531作為原始解析合金和參比合金,調(diào)整解析后合金中原子在模型中不同部分的個數(shù),并在其中一個系列添加Fe得到成分通式[Al(Ti13.913.7Zr0.10.3)](AlMoVCrFe)22.2。采用真空銅模吸鑄的快冷方式,將熔煉好的相應(yīng)成分的系列合金吸鑄成直徑為6mm的合金棒并切取多個試樣,?Ti合金系列在990C固溶處理3個小時,然后水淬,并在
6、665C下進(jìn)行2小的時效處理,最后空冷至室溫;?Ti合金系列在800C固溶2個小時后空冷至室溫,再進(jìn)行8小時600C的時效處理。利用XRD進(jìn)行物相和組織結(jié)構(gòu)分析,金相顯微鏡(OM)進(jìn)行微觀組織分析;應(yīng)用顯微硬度計進(jìn)行硬度測試;進(jìn)行抗氧化實驗檢測?Ti合金系列的高溫穩(wěn)定性與抗氧化性能。實驗結(jié)果表明,在高溫近?系列合金中加入Ta和W元素后,系列合金的硬度相比于參比合金得到了一定程度的提高,可以達(dá)到380394HV,而經(jīng)過固溶加時效后的合金硬
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