Ta的添加及熱處理制度對7715D鈦合金組織和性能的影響.pdf

1、鈦合金因其密度低、比強度高、耐高溫、比模量高、耐腐蝕等優(yōu)點而成為重要的高溫結構材料之一,并被認為是21世紀即將廣泛應用于航空航天、軍事工業(yè)、航海汽車、生物醫(yī)療等行業(yè)的理想材料,成為人們開發(fā)的重點。隨著科技的發(fā)展,鈦合金的高溫性能需要有進一步提高。本論文主要研究了Ta的添加及熱處理制度對7715D鈦合金組織和性能的影響。通過X射線衍射儀分析了材料的物相組成,通過金相顯微鏡和掃描電鏡、透射電鏡觀察其析出顆粒以及組織形貌；測試了材料的室溫拉伸

2、、高溫拉伸性能,分析了鈦合金的強化機理。主要研究結果如下：利用真空自耗電弧爐進行合金熔煉,成功使Ta元素完全固溶入7715D鈦合金中,制備出的鈦合金中Ta元素含量為2.1%,記為2Ta。利用金相法測出其相變點,根據(jù)相變溫度來選擇熱處理制度。Ta元素為β穩(wěn)定性元素,隨Ta元素的加入,材料的相變點降低。熱加工后,鈦合金的等軸組織沿軋制方向被拉長,且有析出顆粒出現(xiàn)。對2Ta分別進行了熱處理制度HT1(980℃固溶1小時570℃時效3小時)和熱

3、處理制度HT2(β轉(zhuǎn)變點溫度以上20℃固溶1小時570℃時效3小時)。2Ta在HT1熱處理制度后得到等軸狀的組織；在相變點以上20℃熱處理之后得到完全層片狀的網(wǎng)籃組織。層片狀2Ta(lamellar)鈦合金中有析出顆粒出現(xiàn),而等軸的2Ta(equiaxed)中沒有發(fā)現(xiàn)析出顆粒。析出顆粒呈橢圓狀或等軸狀,隨熱處理溫度的升高而增多,尺寸增大,在2Ta(lamellar)中彌散分布,較為均勻,直徑在3？m左右,且與鈦合金的界面清晰,沒有雜質(zhì)生

4、成。經(jīng)過能譜分析,可知知析出顆粒中富Sn貧Al,使鈦合金基體中Al元素含量高于0Ta以及2Ta(equiaxed)的Al含量,并且使Sn元素含量低于0Ta以及2Ta(equiaxed)中的Sn含量。對熱處理制度相同的0Ta鈦合金與2Ta(equiaxed)鈦合金進行了室溫拉伸測試,相比于0Ta來說,添加了Ta元素的2Ta(equiaxed)鈦合金的室溫拉伸屈服強度和抗拉強度均明顯提高,而斷裂延伸率略有降低。其主要原因是Ta元素的置換固溶

5、對鈦合金起到了強化作用。對經(jīng)過了不同溫度熱處理制度的2Ta(equiaxed)以及2Ta(lamellar)鈦合金進行室溫拉伸測試,經(jīng)比較可知,層片狀組織的2Ta(lamellar)的室溫拉伸屈服強度和抗拉強度均比等軸組織的2Ta(equiaxed)要低,但斷裂延伸率提高,塑性好。經(jīng)分析,2Ta(lamellar)中的析出顆粒有阻礙位錯運動、提高合金強度的作用,但由于顆粒的析出使基體合金的合金元素含量發(fā)生改變,Al元素含量升高,而強化效

6、果更好的Sn元素含量降低,且合金元素的作用效果超過了組織對性能的影響,故而2Ta(lamellar)鈦合金的強度低于2Ta(equiaxed)。當高溫拉伸應變速率為10-3s-1時,0Ta、2Ta鈦合金的高溫拉伸性能表現(xiàn)出與室溫拉伸性能相同的規(guī)律,Ta元素的固溶強化以及2Ta(lamellar)鈦合金合金元素的重新排布起到了主導作用。且700℃時析出顆粒周圍出現(xiàn)裂紋,使材料的抗拉強度迅速降低。在不同應變速率下,2Ta等軸組織強度普遍高于