Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si高温钛合金700℃拉伸行为研究
The Study on Tensile Behavior of Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si High Temperature Titanium Alloy at 700℃
随着我国航天工业的迅猛发展,短时高速飞行器的飞行速度不断提高,传统的长时高温钛合金已经无法满足高速飞行器的使用要求,650~700 ℃应用的短时高温钛合金成为研究热点.课题组前期在Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高温钛合金的基础上添加了不同含量的Nb、Mo、W设计了Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb-W-Si系短时高温钛合金,系统研究了合金成分和热处理工艺对微观组织和力学性能的影响规律,但对合金高于650℃甚至700 ℃的性能尚未开展研究.因此,本文以Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-x(Mo-Nb-W)-Si系短时高温钛合金为研究对象,系统研究了其700 ℃时成分-组织-性能之间的关系及热处理工艺对合金组织性能的影响,并对合金在700℃下的变形及断裂行为开展了探索研究.主要研究结果如下:对经单级退火处理后合金的组织及性能研究发现,经简单退火后,合金均获得由等轴状αp相和片层状βt组织组成的双态组织.适量Mo元素的加入可以提高合金在700 ℃下的抗拉强度,Nb、W元素的加入都可以提高合金在700 ℃下的屈服强度.相比于在600℃及650 ℃时,700℃下,Mo元素的强化效应减弱,而Nb元素和W元素对合金的强化效应增强.研究发现,当Kβ值在0.3~0.4之间,Mo、Nb、W元素添加量分别控制在2 wt%、2~4 wt%、1~2 wt%时,合金在700℃下的性能匹配较好,屈服强度超过330 MPa,抗拉强度超过530 MPa,延伸率大于35%.对经不同热处理工艺处理后的合金组织及性能研究发现,经固溶时效处理后,合金均获得由粗大的原始β晶粒和α相组成的片层组织,随着Kβ值的增加,合金中的α相含量和尺寸减小,室温下的抗拉强度、屈服强度上升,延伸率下降,700℃下合金抗拉强度上升,屈服强度呈现波动趋势.相比于单级退火处理后的合金,固溶时效处理后的合金相尺寸更大,700℃下高温性能更优,但室温性能较差.对合金高温原位拉伸变形行为研究发现,在700 ℃拉伸时,1M2N1W合金发生微孔聚集型沿晶断裂;2M2N2W合金同时具有沿晶断裂和穿晶断裂特征;4M2N1W合金在整个拉伸过程中未有明显裂纹产生,仅发生变形.在700 ℃下,随着Kβ值的增加,合金形核的困难度增加,不易发生断裂.
- 作者：
- 刁雨薇
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2019年
- 导师姓名：
- 宋晓云
- 中图分类号：
- TG146.23
- 关键词：
- 短时高温钛合金；热处理；微观组织；力学性能；断裂
- short-term high-temperature titanium alloy; heat treatment; microstructure; mechanical properties; fracture behavior;