基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的高溫近αti合金和高強(qiáng)韌近βti合金成分設(shè)計(jì)與性能測(cè)試

1、專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的高溫近基于團(tuán)簇結(jié)構(gòu)模型的高溫近?TiTi合金和高強(qiáng)韌合金和高強(qiáng)韌近?TiTi合金合金成分設(shè)計(jì)與性能測(cè)試成分設(shè)計(jì)與性能測(cè)試CompositionDesignofHighTemperatureNear????TiAlloysHighStrengthDuctilityNear????TiAlloysTheirProperties作者姓名：呂中源工程領(lǐng)域：材料工程學(xué)號(hào)：31505016指導(dǎo)教師：董闖教授完成

2、日期：2017年5月1日大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文I摘要良好的高溫性能和高的強(qiáng)度與韌性的配合是當(dāng)前各個(gè)工程領(lǐng)域?qū)Σ牧戏坌阅艿闹匾?，也是工程用合金的發(fā)展趨勢(shì)。具有密排六方結(jié)構(gòu)（HCP）的高溫近?Ti合金擁有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、耐腐蝕性、抗氧化性和良好的綜合力學(xué)性能，從而被大量應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上，而具有面心立方結(jié)構(gòu)（BCC）的高強(qiáng)韌近?Ti合金具有高的抗拉強(qiáng)度和好

3、的斷裂韌性，被廣泛應(yīng)用于航空鍛件。然而由于成分的多元化，使得多組元固溶體合金成分的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜化，在過(guò)去的研究工作中，前人就?Ti合金和?Ti分別提出了Al當(dāng)量法、d電子理論設(shè)計(jì)法、電子濃度法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和Mo當(dāng)量法、d電子理論法、電子濃度法等。固溶體合金中溶質(zhì)原子是以化學(xué)短程有序的方式排列的，具有一定結(jié)構(gòu)規(guī)律性，根據(jù)不同合金化元素之間的混合焓大小，可以將這種化學(xué)短程有序特征進(jìn)行簡(jiǎn)化描述，本文即利用本組提出的“團(tuán)簇加連接原子”穩(wěn)定結(jié)

4、構(gòu)模型來(lái)探索高溫近?鈦合金和高強(qiáng)韌近?Ti合金的成分規(guī)律，以獲得高性能的合金成分。在此結(jié)構(gòu)模型中包含團(tuán)簇和連接原子兩部分，與Ti混合焓越負(fù)的原子會(huì)優(yōu)先占據(jù)團(tuán)簇中心位置，而與Ti具有相同晶體結(jié)構(gòu)和相似化學(xué)性質(zhì)的同族元素會(huì)占據(jù)團(tuán)簇殼層位置，其他元素作為連接原子。對(duì)于近?Ti合金選取600C典型高溫近?Ti合金IMI834作為原始解析合金和參比合金，進(jìn)行原子替換和元素調(diào)整，得到成分通式[Al(Ti13.7Zr0.3)](Al0.65Sn0.2

5、Si0.1(MoNbTaW)0.15)；對(duì)于近?Ti合金，選取典型高強(qiáng)韌近?Ti合金Ti55531作為原始解析合金和參比合金，調(diào)整解析后合金中原子在模型中不同部分的個(gè)數(shù)，并在其中一個(gè)系列添加Fe得到成分通式[Al(Ti13.913.7Zr0.10.3)](AlMoVCrFe)22.2。采用真空銅模吸鑄的快冷方式，將熔煉好的相應(yīng)成分的系列合金吸鑄成直徑為6mm的合金棒并切取多個(gè)試樣，?Ti合金系列在990C固溶處理3個(gè)小時(shí)，然后水淬，并在

6、665C下進(jìn)行2小的時(shí)效處理，最后空冷至室溫；?Ti合金系列在800C固溶2個(gè)小時(shí)后空冷至室溫，再進(jìn)行8小時(shí)600C的時(shí)效處理。利用XRD進(jìn)行物相和組織結(jié)構(gòu)分析，金相顯微鏡（OM）進(jìn)行微觀組織分析；應(yīng)用顯微硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試；進(jìn)行抗氧化實(shí)驗(yàn)檢測(cè)?Ti合金系列的高溫穩(wěn)定性與抗氧化性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高溫近?系列合金中加入Ta和W元素后，系列合金的硬度相比于參比合金得到了一定程度的提高，可以達(dá)到380394HV，而經(jīng)過(guò)固溶加時(shí)效后的合金硬