稀土添加對粉末冶金鈦合金組織與性能影響研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能,是一種重要的金屬結(jié)構(gòu)材料,在軍工、民用各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高性能、低成本是鈦合金發(fā)展的兩個重要的方向。本論文以高氧含量鈦為原料粉末,采用粉末冶金元素混合法制備出低成本粉末冶金鈦合金制品,同時通過添加稀土元素來提高鈦合金的燒結(jié)致密度,改善鈦合金的組織與力學(xué)性能。通過光學(xué)顯微分析、X射線衍射分析、SEM顯微分析、力學(xué)性能測試等分析手段,研究了添加不同含量和不同形式添加稀土元素對粉末冶金鈦合金燒結(jié)致密度、顯

2、微組織、力學(xué)性能和氧化行為的影響,闡明稀土元素在粉末冶金鈦合金的存在方式以及對合金燒結(jié)行為、顯微組織和力學(xué)性能的作用機(jī)理;同時,通過改變鍛造及熱處理工藝,研究其對合金基體組織及稀土氧化物顆粒形態(tài)與分布的影響規(guī)律,得到以下結(jié)論:
　　 1)添加LaH2和YH2后,燒結(jié)態(tài)鈦合金中的稀土元素有兩種存在形式,一種是彌散細(xì)小的La2O3和Y2O3氧化物顆粒,另一種是尺寸較大的富稀土顆粒;添加LaB6后,燒結(jié)產(chǎn)物主要為纖維狀的TiB、具有規(guī)

3、則外形的細(xì)小分散的La2O3顆粒以及大尺寸含Ti和O的富鑭顆粒。氧化物顆粒以及富稀土顆粒尺寸隨著稀土含量的增加而增加。添加Y-Al合金可使稀土氧化物顆粒具有更好的分散性,但仍有部分含Y顆粒偏聚在孔隙周圍。
　　 2)少量LaH2或LaB6的添加對燒結(jié)過程中Ti粉末顆粒表面起到了有效的活化作用,從而使合金的燒結(jié)密度提高;LaB6添加量超過0.15％時合金致密度的下降主要可歸結(jié)于新生TiB顆粒對燒結(jié)致密化的阻礙作用。隨稀土含量的增加

4、,燒結(jié)態(tài)合金的室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律,這主要與合金燒結(jié)致密度的變化有關(guān)。
　　 3)添加LaH2后,鍛造熱處理態(tài)合金的室溫延伸率顯著提高,但其對室溫抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不大;LaB6添加后通過原位合成所生成的TiB增強(qiáng)相,使鍛造熱處理態(tài)合金室溫及高溫強(qiáng)度均得到提高,但其延伸率提高不明顯;YH2的添加提高了鍛造熱處理態(tài)合金的室溫拉伸強(qiáng)度和延伸率,經(jīng)650℃退火處理后,合金的強(qiáng)度和塑性達(dá)到最佳匹配。
　　 4)

5、P/M Ti-1100和Ti-1100/0.6Y合金的氧化動力學(xué)曲線符合拋物線規(guī)律,其氧化過程主要受金屬離子和氧在膜中的擴(kuò)散所控制。在650℃和700℃氧化時,添加Y的合金氧化增重反而比未添加Y的合金高,主要原因是合金中偏聚態(tài)富稀土相在氧化過程中形成了一個氧向基體擴(kuò)散的快速通道。在800℃氧化時,合金氧化層主要可分為TiO2層、TiO2+Al2O3層、富TiO2層和富Ti層四部分;當(dāng)氧化時間超過25h時,添加Y的合金其增重及氧化層厚度均