稀土元素对高温钛合金组织和性能的影响

综述了稀土元素在高温钛合金中的作用。主要内容包括稀土元素在高温钛合金中的存在状态及稀土元素对高温钛合金组织、室温及高温性能的影响。归纳总结了稀土元素对高温合金性能影响的机理,并提出了含稀土元素的高温钛合金的设计原则,以期对以后高温钛合金的研究和设计提供帮助。     

550℃高温钛合金的性能

Ｔｉ－５Ａｌ－４Ｓｎ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－０．２５Ｓｉ－１Ｎｄ（简称Ｔｉ－５５）高温钛合金是我国自行设计研制的一种新型耐热钛合金．该合金通过添加适量稀土元素Ｎｄ,细化了合金组织,提高了合金抗氧化能力。稀土元素在合金中的内氧化,使合金基体中的氧含量降低并促使基体中的锡原子向稀土氧化物转移,抑制了Ｔｉ３Ｘ相的析出。同时,稀土氧化形成的稀土氧化物颗粒作为合金形核的弥散质点及其稀土氧化物颗粒周围所形成的位错亚结构对合金起到强化作用,使Ｔｉ－５５合金在使用温度下具有满意的热强性和热稳定性的最佳匹配。 近年,我…     

一种新型耐650℃高温钛合金的氧化行为

研究了新型耐650℃高温钛合金Ti650在600～700℃下的氧化行为。通过氧化增重试验研究了氧化动力学规律,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了氧化膜的相结构和表面形貌,同时测试了氧化层对力学性能的影响。结果表明,Ti650合金氧化过程分为氧化初始阶段(<50 h)和氧化稳定阶段(50～100 h)。氧化初期质量增益迅速上升,当氧化时间超过50 h后,氧化速度减慢并趋于平稳,氧化进入稳定阶段。Ti650合金的氧化反应指数n值大于2,表明Ti650合金在700℃以下具有良好的抗氧化性能。Ti650合金的氧化反应产物主要为TiO₂,呈颗粒状。随着氧化温度的升高和氧化时间的延长,TiO₂颗粒尺寸增大。     

热处理对Ti600高温钛合金组织和性能的影响

实验用Ti600合金为采用二次真空自耗电弧炉熔炼而成的600 kg铸锭,经开坯锻造后最终轧制成棒材,经金相法测定Ti600合金的相变点为tβ=1 010℃。着重分析了不同的热处理制度对Ti600合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:获得网篮组织可使合金的综合性能匹配较好;在相变点以上进行1 020℃×2 h+AC,650℃×8 h+AC处理,可获得较好的综合性能。     

600℃高温钛合金的研发

近年来,随着航空航天事业的发展,高温钛合金的研究与应用受到了越来越多的关注。目前,各国研发的600℃高温钛合金主要有IMI834、Ti-1100、BT36、BT18Y、Ti60和Ti-600合金等,其中,前4种已获得工业应用。首先概述了600℃高温钛合金的合金化特点,指出未来高温钛合金仍将向着成分多元化方向发展,稀土元素的应用是研究重点方向之一。接下来对几种典型的高温钛合金的性能特点、室高温力学性能进行了重点介绍,最后展望了其未来重点发展的方向。     

热处理对高温钛合金TG6铸造组织及性能的影响

对熔模精铸TG6合金进行了热等静压和退火热处理试验,研究了其铸态、热等静压态和退火态的显微组织和力学性能。结果表明,该合金在铸态下为晶粒粗大的魏氏组织,组织中存在缩松缺陷,合金抗拉强度为871.3MPa,塑性0.8%,合金组织中的疏松缺陷为断裂的裂纹起始源;通过热等静压后该合金抗拉强度及伸长率提高到950.7 MPa和3.7%;经过750℃退火热处理后,组织中β板条部分溶解,并析出(TiZr)6Si3硅化物,合金的室温拉伸延伸率提高到5%以上,强度相对于热等静压未发生明显改变,断口表现为解理断裂。     

GH36合金在650℃长期时效后的组织和性能

研究了GH36合金在650℃长期时效1600小时后的组织和力学性能。试验结果表明,一次NbC在时效过程中无变化;VC在100小时之前略有增加,之后又有回溶,且颗粒长大;M_(23)C_6在400小时之前有补充析出,以后基本稳定。由于VC颗粒长大和析出量减少,使合金强度有所下降。GH36合金在650℃长期时效过程中无有害相析出,组织和性能基本上无多大的差别,说明它具有良好的组织和性能的稳定性,能在600～650℃长期使用的良好材料。     

550℃用高温钛合金的研发

应高推比航空发动机的需求,英国、美国、俄罗斯、中国等对高温钛合金进行了大量的研究工作。世界各国研发的550℃用高温钛合金主要有IMI829、Ti-6242S、BT25、BT25Y、Ti-55、Ti-53311S和Ti-633G合金等。简述了这几种合金的合金化特点,介绍了合金化的各种元素在合金中所起的作用,重点阐述了Si元素对合金蠕变性能的影响;同时回顾了这几种钛合金的研发状况、室高温拉伸性能、应用状况,以及稀土元素对部分高温钛合金组织性能的影响等,并展望了其未来的发展趋势与重点研究方向。     

Mo对TiC基金属陶瓷组织和性能的影响

通过对8种成分各异的试样进行强度、硬度测试以及全相和扫描电镜分析，研究Mo、WC、Co及Cr3C2对TiC基金属陶瓷组织结构和力学性能的影响。结果表明：加入Mo，可提高液相对固相的润湿性，促进烧结致密化和细化晶粒，有利于合金强度和硬度的提高；但将在硬质相外缘形成一种比较脆的环形相（Ti，Mo，W）C组织，对合金强度带来不利影响。WC、Cr3C2和Co的加入可一定程度地降低环形相脆性的影响，改善TiC基金属陶瓷的力学性能。     

加工及热处理对Ti5Zr6Mo15Nb钛合金组织和性能的影响

以新型近β型医用钛合金Ti-5Zr-6Mo-15Nb(TLE)铸锭为实验原料,通过开坯、锻造、轧制、热处理等多道工序制成板材和棒材。分析了不同加工工艺及热处理制度对合金组织与性能的影响。结果表明:TLE合金具有较高的强度、较低的弹性模量、优良的塑韧性与疲劳性能,冷热加工性能好;合金经过适当的固溶与时效处理后可获得良好的综合力学性能匹配,特别适合充当外科植入物材料使用。     

热处理对IMI834铸造用高温钛合金组织与性能的影响

本文研究了热处理工艺对铸造IMI834高温钛合金组织及力学性能的影响。研究结果表明,IMI834高温钛合金铸态组织以集束状的片状α组织为主,热处理后的晶粒得到细化,适当的热处理制度可以有效提高合金的室温及高温强度。采用1020℃×1.5h,AC;700℃×2h,AC的双重退火工艺可以得到较理想的显微组织和良好的综合性能。     

预处理对钛合金脊柱板组织和性能的影响

产品改锻前进行950℃/h空冷预处理,不仅对控制α、β两相含量和分布有利,且能提高室温力学性能,对改善产品内部质量有益处。     

Mo对耐火钢组织性能的影响

对三种含Mo耐火钢组织和性能进行了实验分析,发现合金元素Mo在耐火钢中的主要作用是通过提高贝氏体淬透性来满足钢的高温性能.从组织学角度看,降低合金中的Mo含量而增加其它提高贝氏体淬透性的元素也能够满足耐火钢成分设计要求.探讨了设计低Mo或无Mo耐火钢的可能性.     

添加金属Mo对WC-Co硬质合金组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了六组不同Mo添加量的硬质合金材料。在常温下测量材料的力学性能,并采用XRD、SEM等方法对材料的相结构、组织形貌等进行分析。试验结果表明,少量添加金属Mo可以细化WC晶粒,提高材料的相对密度和硬度,但是降低了材料的抗弯强度;当Mo添加量为2.4%时,材料的显微组织及综合力学性能最好。     

锻造工艺对新型低成本钛合金组织和性能影响

研究准β锻造工艺和两相区锻造工艺对新型低成本Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金显微组织和力学性能的影响规律。采用金相显微镜(OM)观察新型低成本钛合金不同锻造工艺后的退火态组织特征,采用扫描电镜(SEM)分析合金的断口形貌,并测试合金的拉伸性能、断裂韧度等主要力学性能。结果表明:合金采用两相区锻造工艺(895℃),获得双态组织,β基体上均匀分布着约占40%的等轴初生α相;合金的强度和塑性较高,其中抗拉强度σb=1054 MPa,延伸率δ5=17%,断面收缩率ψ=51%;但断裂韧度偏低,KIC=63 MPa(1/2)m。采用准β锻造工艺(940℃),获得网篮组织,细小的板条状次生α相交织分布,无初生α相;合金的强度和塑性有所降低,抗拉强度σb=1008 MPa,延伸率δ5=13%,断面收缩率ψ=33%;但断裂韧度较高,KIC槡=86 MPa m。随着锻造温度从两相区895℃升到β单相区940℃,新型低成本Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金强度变化幅度小,而断裂韧度、塑性,特别是断面收缩率性能指标对锻造温度变化反应敏感。     

温度对TC4钛合金的组织和性能的影响

本文研究了温度对TC4钛合金微观组织、热学性能及力学性能的变化。研究发现随温度的增加,热导率、热容、线膨胀系数增加。并且,研究发现在相同的温度范围内,膨胀系数与热容之间有几乎相同的增长量以及相似的变化趋势。同时,研究发现TC4钛合金的抗拉强度Rm及规定塑性延伸强度Rp_(0.2)随着温度的升高而降低趋势基本一致。并且,本文分析了该变化的原因。     

钛合金中氧富集对显微组织和性能的影响

１前言 钛及钛合金中的氧富集造成的冶金、组织缺陷是钛材生产者和飞机发动机制造者共同关心的问题,也是目前钛材生产中最普遍存在的质量问题之一。通常钛材中氧富集区表现为单相α和富α该区的抗拉强度、塑性以及断裂韧性明显低于正常区。有人还证实氧富集区就是材料发生脆性断裂的断裂源。因此,航空用钛材绝对不允许氧富集区存在。国内外对航空用钛材半成品和成品的氧富集问题都作了严格限定,并要求钛材生产部门进行严格的检验。本文就氧富集区形成原因、组织特征,以及对材料性能的影响进行讨论。２试验材料及过程 试验材料为工业 Ｔ…     

高温时效对铁素体不锈钢组织和性能的影响

通过金相、SEM和EDS等技术,研究了900 ℃下不同时效时间对超纯铁素体不锈钢组织和性能的影响。结果表明,439钢种高温时效对Ti(C,N)析出作用较小,晶界析出相TiN较少,晶粒粗化严重,塑性较低;441钢种高温时效会沿着晶界析出Fe2Nb(Laves)相,析出数量较多,晶粒较细小,但由于Fe2Nb(Laves)相沿晶界呈网状分布,对材料塑性影响较大;444钢种高温时效会在晶界和晶内析出Fe3(Nb,Mo)3C,析出数量较少,第二相钉扎作用较弱,部分晶粒出现异常长大,由于Fe3(Nb,Mo)3C析出相未呈网状分布,断后伸长率高于441钢种。     

退火对高Mo当量大型TA15钛合金锻件组织与拉伸性能的影响

研究了退火温度和退火次数对经大变形量锻造成形的TA15钛合金锻件拉伸性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,TA15钛合金锻件拉伸强度呈现先下降后上升再下降的变化规律。先下降是由于回复再结晶软化起主导作用,后上升是次生α相析出强化起主导作用,再下降是由于次生α相的粗化及初生α相含量减少所致。经多次800℃/1 h/AC重复退火处理,TA15钛合金锻件拉伸强度降幅不超过10 MPa,塑性基本没有变化。