粉末冶金钼合金热锻的性能和显微组织研究

摘要

Mo-Ti-Zr合金(Titanium-Zirconium-Molybdenum Alloy)具有高温强度高、抗蚀性能强以及高的抗蠕变性能、高热导率、低的热膨胀系数等优点而应用于电子、冶金、航空航天、原子反应堆等。传统粉末冶金法制备的Mo-Ti-Zr合金由于具有一定的孔隙,使其强度和韧性大大降低,限制了Mo-Ti-Zr合金的应用范围。围绕提高粉末冶金Mo-Ti-Zr合金密度和性能,论文采用采用冷等静压和高温烧结制备了Mo-Ti-Zr合金棒材,对高温烧结制备的Mo-Ti-Zr合金棒材进行高温旋锻形变强化处理,系统研究了烧结温度、旋锻温度、变形量、旋锻过程中的中间退火时间、退火温度对Mo-Ti-Zr合金棒材力学性能和显微组织的影响,探讨了孔隙和第二相粒子对旋锻Mo-Ti-Zr合金棒材的性能和显微组织的影响机理,研究结果如下:
　　 (1)随烧结温度的升高,Mo-Ti-Zr合金棒材经过高温旋锻后密度提高变小而硬度提高更加明显,抗拉强度的提高变小。在1800℃烧结的Mo-Ti-Zr合金棒材经过高温旋锻后性能最好,抗拉强度650Mpa,延伸率1.5％。随烧结温度的提高,Mo-Ti-Zr合金棒材旋锻后大尺寸晶粒更容易产生合并长大而粗化,Mo-Ti-Zr合金棒材旋锻后穿晶解理断裂的比例增加。
　　 (2)Mo-Ti-Zr合金棒材在1200℃旋锻的密度、硬度和抗拉强度比1400℃旋锻要高。采用低碳钢包套可以降低锻造温度,有效的避免Mo-Ti-Zr合金棒材晶粒的过分长大。随断面收缩率的增加,Mo-Ti-Zr合金棒材的密度和硬度、强度逐步提高。断面收缩率为27％时,Mo-Ti-Zr合金棒材密度为9.83g/cm3,硬度为HRB95,强度为648Mpa。Mo-Ti-Zr合金棒材烧结态断口主要是沿晶脆性断裂,断面收缩率为27％时,断口呈穿晶和沿晶混合型断裂。
　　 (3)随旋锻过程中的中间退火时间的增加,Mo-Ti-Zr合金棒材的密度和硬度逐渐提高,中间退火时间在40min,Mo-Ti-Zr合金棒材抗拉强度达到最大值。当退火温度低于1000℃时,随退火温度的升高,Mo-Ti-Zr合金棒材硬度未出现急剧下降,抗拉强度和延伸率逐渐提高,在900℃退火,合金棒材抗拉强度达到669Mpa,延伸率达到3.1％,获得良好的综合力学性能。
　　 (4)Mo-Ti-Zr合金棒材孔隙消除机理主要是高温使闭合之后的孔洞表面形成物理冶金结合与三向压应力使各种微裂纹焊合。Mo-Ti-Zr合金棒材第二相粒子(Mo,Zr,Ti)xOy有利于细晶强化和弥散强化,但同时因其与钼晶粒的界面结合较弱而易于产生微裂纹和促进再结晶,使晶粒发生长大降低合金的拉伸性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1.1 引言

1.2 形变强化机理

1.3 钼合金形变强化工艺及其影响因素

1.3.1 钼合金轧制

1.3.2 钼合金锻造

1.3.3 钼合金形变强化的影响因素

1.4 钼合金的高温退火研究

1.4.1 退火工艺的影响

1.4.2 钼合金成分的影响

1.5 本论文研究指导思想及研究内容

第二章 实验方法

2.1 实验所用的原料

2.2 实验工艺流程

2.3 实验过程

2.3.1 混合

2.3.2 冷等静压成形

2.3.3 低温预烧结

2.3.4 高温烧结

2.3.5 旋锻

2.3.6 线切割

2.4 性能检测

2.4.1 密度测定

2.4.2 硬度测试

2.4.3 力学性能检测

2.4.4 金相显微组织观察

2.4.5 扫描电子显微镜分析

第三章 不同烧结工艺与锻造对Mo-Ti-Zr合金棒材性能和组织的影响

3.1 引言

3.2 烧结温度对Mo-Ti-Zr合金棒材性能的影响

3.3 烧结温度对Mo-Ti-Zr合金棒材组织的影响

3.4 本章小结

第四章 粉末冶金Mo-Ti-Zr合金棒材旋锻工艺的研究

4.1 引言

4.2 旋锻温度对Mo-Ti-Zr合金棒材性能和组织的影响

4.2.1 旋锻温度对Mo-Ti-Zr合金棒材性能的影响

4.2.2 旋锻温度对Mo-Ti-Zr合金棒材组织的影响

4.3 变形量对Mo-Ti-Zr合金棒材性能和组织的影响

4.3.1 变形量对Mo-Ti-Zr合金棒材性能的影响

4.3.2 变形量对Mo-Ti-Zr合金棒材组织的影响

4.4 旋锻过程中的中间退火时间对Mo-Ti-Zr合金棒材性能和组织的影响

4.4.1 中间退火时间对Mo-Ti-Zr合金棒材性能的影响

4.4.2 中间退火时间对Mo-Ti-Zr合金棒材组织的影响

4.5 退火温度对Mo-Ti-Zr合金棒材性能和组织的影响

4.5.1 退火温度对Mo-Ti-Zr合金棒材性能的影响

4.5.2 退火温度对Mo-Ti-Zr合金棒材组织的影响

4.6 本章小结

第五章 粉末冶金Mo-Ti-Zr合金棒材旋锻致密化机理研究

5.1 孔隙消除机理一

5.2 第二相粒子的影响

5.3 本章小结

第六章 主要结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果