Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金精密铸件组织性能研究

摘要

本文选择β相稳定元素Nb、Zr、Mo，设计了低弹性模量Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金。采用水冷铜坩埚感应熔炼炉熔炼熔Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金，并利用熔模精密铸造工艺制备上关节体铸件。使用X射线探伤检测两种浇注方案制备铸件的内部缺陷。利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和万能材料试验机对Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金热处理前后的相组成、显微组织、拉伸性能和弹性模量进行了研究。
　　铸件探伤的结果表明，两种浇注工艺制备的铸件在无法消除的热节处和最后凝固的地方均产生缩孔，第二种方案的缺陷情况稍微减轻。解剖铸件后，缩孔尺寸均在1mm以下，分布在铸件的非关键部位，不影响铸件的正常使用。
　　XRD分析的结果表明，Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金铸态、730℃×1h、780℃×1h热处理后的组织均由α+β两相组成。铸态晶粒平均尺寸为300～400μm，α相微观组织形貌为粗大针状，主要沿三个方向排列，互相之间成30°~60°夹角。热处理对微观结构产生了影响，铸态时平行排列的板条状α相，经730℃、780℃处理后，逐渐细化。830℃×1h热处理后组织为马氏体α′+β相，马氏体α′相弥散分布于母相中，先转变马氏体为粗大的条状，后转变的马氏体为细小的针状，平均晶粒尺寸为500μm左右。能谱分析发现，铸态组织中β相中的Nb、Mo、Zr溶质原子富集，α相中Nb、Mo、Zr溶质原子贫乏；830℃×1h热处理后α′+β相区和马氏体α′相中溶质原子含量保持一致。
　　Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金室温维氏硬度随热处理温度升高而增加，830℃×1h热处理后维氏硬度为HV361，比铸态增加12.5％。常温及低温(0℃、-25℃、-50℃)抗拉试验结果表明，830℃×1h热处理后抗拉强度较铸态时增加，延伸率、断面收缩率较铸态时降低，弹性模量基本保持在70-75GPa。

目录

Ti-12Nb-12Zr-2Mo 合金精密铸件组织性能研究

RESEARCH ON MICROSTRUCTURE ANDPROPERTIES OF Ti-12Nb-12Zr-2Mo ALLOYPRECISION CASTING

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题意义

1.3 医用钛合金的应用情况

1.4 医用钛合金的研究现状

1.5 医用钛合金存在问题

1.6 医用钛合金研究的发展趋势

1.7 低弹性模量钛合金设计

1.8 主要研究内容与目的

第2 章 材料制备与实验方法

2.1 引言

2.2 合金元素选择及成分确定

2.3 上关节体精密铸件制备

2.4 铸件的X 射线探伤

2.5 合金化学成分检测

2.6 材料组织结构分析方法

2.7 材料力学性能测试方法

第3 章 铸件X 射线探伤结果分析

3.1 引言

3.2 铸件结构分析

3.3 浇注方案1 的探伤结果

3.4 浇注方案2 的探伤结果

3.5 铸件缺陷的评价

3.6 本章小结

第4 章 Ti-12Nb-12Zr-2Mo 合金相组成与显微组织

4.1 引言

4.2 化学成分

4.3 合金的相组成分析

4.4 合金显微组织观察

4.5 SEM 微观形貌分析

4.7 本章小结

4.6 TEM 微观结构分析

第5 章 Ti-12Nb-12Zr-2Mo 合金力学性能

5.1 引言

5.2 室温维氏硬度

5.3 室温与低温拉伸性能与弹性模量

5.4 室温拉伸断口形貌

5.5 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢