钼基合金韧脆性转变的影响因素及其强韧化研究

摘要

金属钼具有熔点高、膨胀系数小、耐磨耐蚀性能好、抗射线能力强和导热导电性好等优良物理属性,但同时具有一个严重缺陷,就是钼虽然在较高温度下具有良好塑性,但在室温甚至略高于室温时,韧性较差,难以承受冲击力。这一缺陷极大地限制了钼在结构材料方面的应用。
　　本文综合分析了科研人员对钼进行强韧化研究的原理、工艺及成果,重点从三个方面着手进行提高钼强韧性的试验研究:第一,分析各种合金元素对金属钼晶体结构及性能的影响,通过合金化提高金属钼的强韧性;第二,运用金属基复合材料制备原理,通过钼基合金与韧性材料复合,制备强韧性较高的新型钼基复合材料,如纤维增强型、金属复合型等;第三,运用细晶强化原理,进行高温、多道次轧制及适当的热处理,通过超大变形量(≥98％)工艺,使金属钼晶体在晶粒超细化的同时,形成致密的纤维状组织,提高其强韧性。
　　试验证明,在金属钼中加入Ti、Zr及C元素、运用粉末冶金法制备TZM合金,成本低、强度性能提高明显;在合金化基础上,通过对基体粉末及碳纤维表面化学镀铜工艺,能较好地解决碳纤维与基体金属化学相容性等问题,制备出纤维增强复合材料,较大程度地提高了TZM合金粉末烧结体的强韧性;通过TZM合金板与Cu板叠轧复合原理,制备出TZM/Cu复合材料,提高了TZM合金塑韧性、较大程度降低了钼金属韧脆性转变温度,但强度比TZM合金板低,且复合材料使用温度较低;最后,运用累积复合轧制细晶强化原理,研究了TZM合金累积复合轧制工艺,成功地实现了2mmTZM合金板材的累积复合轧制。
　　试验对2mmTZM合金板材进行了多道次累积复合轧制。通过测试各道次累积复合材料的力学性能,并用电子显微镜进行断口扫描分析,结果证明:TZM合金板经过三道次累积复合轧制抗拉强度达到最高值968MPa,比原2mmTZM合金板材抗拉强度提高了50%,但由于加工硬化作用,延伸率没有明显提高。
　　采用累积复合轧制工艺,在材料中形成致密的纤维组织,同时在轧制件中心到边缘均形成大量超细晶粒,从而使材料的强韧性得到大幅度提高。阻止晶粒进一步细化的原因:一方面是每道次累积轧制前的退火过程发生了晶粒的回复与再结晶;另一方面是轧制设备如极限轧制力等因素的限制,制约着累积复合轧制工艺因素如板材厚度、压下量等。

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1 绪论

1.1 钼及其合金概述

1.2 TZM合金的制备工艺

1.3 烧结态TZM合金韧脆性转变影响因数概述

1.4 钼基合金强韧化研究现状及发展

1.5 TZM合金的强韧化

1.6 本文研究的目的和意义

1.7 本文研究的内容

2 实验材料与性能检测

2.1 实验材料

2.2 实验设备及仪器

2.3 TZM合金粉末冶金制备工艺及性能

2.4 性能测试

2.5 微观分析

2.6 技术路线

3 TZM合金中合金元素存在方式及其对组织与性能的影响

3.1粉末冶金TZM合金烧结态显微组织

3.2 Ti、Zr及C元素在TZM合金中的相貌特征

3.3 TZM合金粉末冶金烧结态的力学性能

3.4 本章小结

4 TZM合金板轧制工艺及韧脆性转变

4.1 TZM合金轧制工艺

4.2轧制工艺对TZM合金板组织及力学性能的影响

4.3 TZM合金板韧性影响因素及强韧化措施

4.4 本章小结

5纤维强化TZM合金复合材料制备工艺

5.1 金属基复合材料纤维强韧化机理

5.2 高温纤维性能分析与选择

5.3影响碳纤维组织与性能的因素

5.4本章小结

6 TZM合金叠轧复合强韧化

7 TZM合金累积复合轧制理论及工艺

7.1金属累积复合轧制晶粒细化原理

7.2 TZM合金累积复合轧制工艺及热处理

7.3 本章小结

8 结论

本文的主要创新点：

致谢

参考文献

博士期间发表的与课题相关论文