热处理和焊接工艺对新型Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Nb系钛合金组织和性能的影响

摘要

为满足航天三院某型号要求，新近研发了一种新型近α型钛合金。对于该种全新成分的钛合金，本文研究了其传统热处理工艺下可以获得的金相组织，研究了由固溶处理和高温时效处理组成的双重热处理对合金组织结构的影响。研究了退火和其他热处理工艺下新型钛合金的力学性能。研究了电子束焊接和氩弧焊工艺对合金焊接结构力学性能的影响。
　　使用金相法测定了新型钛合金的β相变点为1005℃~1010℃。在双相区固溶后在α相区退火能够获得双态组织，在β相区内固溶可以获得魏氏组织。在双相区固溶后继续在双相区时效能够有效控制新型钛合金的显微组织和各相含量。固溶和时效温度均可以影响等轴α相的含量，但以固溶温度影响为主。时效温度和时间可以影响条状α相形态和含量。对组织结构的有效控制可能使合金获得不同的力学性能。
　　高温力学性能试验表明新型钛合金具有较好的高温拉伸性能。随着温度升高，材料的强度降低明显，但强度降低的速度随着温度的升高是不断减小的。材料的屈强比随温度的变化并没有出现明显的变化。当温度达到650℃时，材料仍能保持590MPa的屈服强度。对新型钛合金进行了高温短时蠕变性能试验。随着温度升高，材料的蠕变性能不断降低。当温度达到650℃，性能急剧下降。当试验应力为450MPa时，600℃以下的试样在试验1小时后仍未发生断裂，延伸率仅为2.2％。而650℃的两片试样在25分钟和26分钟时就已断裂。
　　室温拉伸性能试验结果表明，退火能够微量提高新型钛合金的强度（小于10%），但是也会导致材料塑性微量减小（小于10%）。双态组织、魏氏组织和固溶时效组织强度均大大超过合金原始态组织和退火组织。双态组织和固溶时效组织能够提高合金塑性，但魏氏组织塑性极差。
　　采用电子束焊接后的钛合金焊接试片，室温焊态下的抗拉强度、延伸率较高，空气炉退火后拉伸强度变化不大，延伸率降低；高温下随着温度的升高，延伸率增高，拉伸强度及屈服强度降低。采用手工氩弧焊的钛合金焊接试片，常温拉伸强度与延伸率较高，真空退火后拉伸强度变化不大，延伸率有所降低；高温下随着温度的升高，延伸率增高，拉伸强度及屈服强度降低。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 高温钛合金发展现状

1.3 钛合金的热处理

1.4 钛合金的焊接接头组织及性能

1.5 本文的研究目的和内容

第2章 材料及研究方法

2.1 试验材料

2.2 热处理试验及设备

2.3 显微组织观察及分析

2.4 力学性能分析

第3章 热处理工艺对新型钛合金组织结构的影响

3.1 引言

3.2 金相法测定新型钛合金β转变温度

3.3 钛合金的传统热处理工艺及组织

3.4 双相区两重热处理对合金组织结构的影响

3.5 本章小结

第4章 新型钛合金性能测试

4.1 引言

4.2 原始态材料高温性能

4.3 新型钛合金不同热处理状态的室温力学性能

4.4 本章小结

第5章 焊接工艺对新型钛合金性能的影响

5.1 引言

5.2 电子束焊接对新型钛合金性能的影响

5.3 氩弧焊对新型钛合金性能的影响

5.5 本章小结

结论

参考文献

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