高强韧新型亚稳β钛合金的设计、制备、组织及性能

摘要

钛合金是近几十年发展的新型轻金属材料,它具有高比强度、高韧性、损伤容限、耐蚀性、低成本以及可焊接等优良的综合性能匹配,从而成为先进飞机和航空发动机的主要结构材料。当前钛合金的可用强度一般低于1200MPa,进一步提高其强度受到韧性及塑性的限制,促使超高强钛合金的开发成为当前钛合金研究领域的一个热点,因此设计新的合金势在必行。
　　本研究对钛合金的成分设计、熔炼方法、变形工艺、热处理工艺进行了深入的研究,目的在于开发一种强度和韧性得到良好匹配的钛合金。
　　本课题结合Mo当量、d电子和理论计算设计法设计了五种七元素系统亚稳β钛合金,并对这几种合金的力学性能进行比较,得出最优成分为Ti-3Al-2.4V-10Mo-10Nb-1Zr-0.2Cr;根据对几种钛合金熔炼工艺的比较和实验室现有条件最终选用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉对钛合金进行熔炼;对钛合金铸锭进行了锻造和热轧等变形处理,并对变形后的组织和性能进行了比较,发现热轧对合金组织的细化和综合性能的提高更有帮助。
　　对成分为Ti-3Al-2.4V-10Mo-10Nb-1Zr-0.2Cr的钛合金进行了相变点的测定,最终得到相变点在760℃左右。以成分为Ti-3Al-2.4V-10Mo-10Nb-1Zr-0.2Cr的合金为例,对钛合金经过几种常用的热处理工艺热处理后的显微组织和力学性能进行了研究。发现固溶处理后的组织受固溶温度和固溶时间的影响。时效后的组织与时效温度、时效时间、时效方式有关。在双极时效中,低温时效阶段析出的均匀分布的等温ω相为随后的高温时效α相的析出提供了大量的形核核心,有利于α相在基体中均匀弥散的分布。钛合金固溶后的力学性能主要受固溶温度的影响;钛合金时效后的力学性能与时效后的显微组织相匹配,双极时效后的强度和韧性得到了良好的匹配。

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第一章 绪 论

1. 1 引 言

1. 2钛合金简述

1. 3 高强度钛合金和钛合金紧固件

1. 4 本课题研究的必要性和主要内容

第二章 实验材料、设备、方案

2. 1 实验材料

2. 2 实验设备

2. 3 实验方法

第三章 钛合金的成分设计及熔炼

3. 1 钛合金的成分设计

3. 2 钛合金的熔炼技术

3. 3 钛合金的制备

3. 4本章小结

第四章 钛合金的形变

4. 1 钛合金锻造后的组织及性能

4. 2 钛合金的轧制

4. 3 本章小结

第五章 热处理工艺对钛合金（Ti-3Al-2.4V-10Mo-10Nb-1Zr-0.2Cr）组织的影响

5. 1 合金的(α+β)/ β 转变温度测定

5. 2 固溶处理对钛合金组织的影响

5. 3 时效处理对钛合金组织的影响

5. 4 本章小结

第六章 热处理工艺对钛合金（Ti-3Al-2.4V-10Mo-10Nb-1Zr-0.2Cr）性能的影响

6. 1 固溶处理对钛合金性能的影响

6. 2时效处理对钛合金性能的影响

6. 3 本章小结

第七章 结 论

参考文献

致谢