论文部分内容阅读
短时高温钛合金在航空航天领域具有很大的作用,尤其是在核心发动机零部件方面更是不可或缺。短时高温钛合金,特别是使用温度600℃以上的短时用高温钛合金绝大多数都是近α合金,其中最主要的是Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系合金。作为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系中的重要合金化元素,Zr是目前高温钛合金中应用最为广泛的中性元素,Zr在α-Ti和β-Ti中均可以形成无限固溶体,起到补充强化作用,既可以保证合金的塑性又可以提高合金的高温强度以及热稳定性,同时,Zr元素的加入还可以抑制合金中ω相的析出,提高合金的综合性能。事实上,当前的高温钛合金领域Zr的添加量普遍在0-4wt%,含量较低,本课题拟对不同高Zr含量情况下,高温钛合金的组织和力学性能进行探究,来找出Zr对高温钛合金的影响规律。本文所用的合金是在哈工大研制的DSTi合金基础上改变Zr采用水冷坩埚真空感应熔炼炉(ISM)进行炼制的,控制其他组分不变,调整Zr的4、6、8和10wt%四种含量,然后分析钛合金的组织和性能和Zr含量之间的关系,得到了如下的研究结果。对于原始的铸态组织,进行EBSD和XRD等手段分析,可以确定四种组分的合金中基本都是α-Ti,并且随着Zr含量的增加,晶粒得到了一定的细化,里面的条状的α相变细小。而其室温拉伸方面大体上具有随着Zr含量的增加,合金的抗拉强度变大,但是相应的其塑性会逐渐变差。通过110h的750℃循环氧化实验,我们可以发现,四种合金的氧化增重曲线大致符合合金的氧化规律,并且能够发现Zr的添加对合金的氧化动力学规律产生了改变,当Zr含量为4-8wt%的时候,是Zr含量越高,DSTi合金的抗氧化性越好。四种高温钛合金经过氧化之后表面的相无明显差别,均为α-Ti和TiO2。氧化后的横切面线扫描结果类似,都是氧化膜最表层有一个Al的窄峰,在氧化膜内部有Zr和Ti的峰出现,说明最表面是Al的氧化物,内部会出现Zr和Ti的氧化物。通过设计对比四种不同成分高温钛合金在1min、15min、2h、10h和30h的高温氧化后表面形貌变化和EDS分析的氧化物表面的元素变化规律,都表明Zr含量的增加,会让材料的抗氧化性才一定程度上出现提高。氧化时间和氧化温度对高温钛合金性能的影响结果是,氧化时间越长,合金的性能越差;氧化温度越高,合金的性能越差。在一定程度上,Zr含量增加,这种性能变差的趋势越小。在上述基础上我们对Zr增加高温钛合金的抗氧化性机制进行了探究。而不同Zr含量在热处理中的表现为,随着温度升高,不同合金成分的高温钛合金的晶粒尺寸都出现了一定程度的长大。并且沿着晶界生长的初生α相随着温度的升高呈现出逐渐变粗大的趋势。其中当Zr含量高的时候,比如8和10wt%,会出现沿着原始的β晶界析出颗粒状物的现象,并且这种现象随着合金热处理温度的升高出现降低。室温拉伸的结果是当进行950℃固溶处理的时候后,合金的综合力学性能最好。