【摘 要】
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钛合金由于具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性能以及良好的生物相容性,受到越来越多的学者关注。随着技术的日益发展,对钛合金的综合性能也有了更高的要求,但往往需要复杂的工序和昂贵的成本来克服其强度塑性此起彼落的不足,因此研制具有优良强度塑性匹配的新型钛合金及其制备工艺的优化思路具有重要意义。本课题是以亚稳定β型钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr为对象,结合半经验的d-电子设计方法,微调合金成分得到
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钛合金由于具有较高的比强度、优异的耐腐蚀性能以及良好的生物相容性,受到越来越多的学者关注。随着技术的日益发展,对钛合金的综合性能也有了更高的要求,但往往需要复杂的工序和昂贵的成本来克服其强度塑性此起彼落的不足,因此研制具有优良强度塑性匹配的新型钛合金及其制备工艺的优化思路具有重要意义。本课题是以亚稳定β型钛合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr为对象,结合半经验的d-电子设计方法,微调合金成分得到亚稳定β型钛合金Ti-3Al-5Mo-5V-3Cr,其????、(9?????值位于易产生TRIP效应的区域。通过添加与置换合金元素的方式,调控合金的变形方式从而达到对合金力学性能优化的目的。通过在Ti-3Al-5Mo-5V-3Cr中分别加入1,3,5 wt.%的Zr元素,研究了添加微量合金化元素后热轧态合金的微观组织及力学性能。结果表明,Zr能够明显影响合金中SIMα″相的产生,且随着Zr含量的增多SIMα″相转变变少。当Zr添加量为0及1 wt.%时,合金在拉伸力学性能曲线上呈现二次屈服现象,合金的加工硬化率从8.9GPa增长至11.5 GPa;当Zr含量为3及5 wt.%时,合金的二次屈服消失,加工硬化率降低至1.0 GPa左右。当Zr添加至5 wt.%时,在影响SIMα″相转变与固溶强化的综合作用下,同等试验条件下合金的力学性能由Ti-3Al-5Mo-5V-3Cr的屈服强度340.71 MPa,断裂强度643.57 MPa,分别增至725.34,819.64 MPa,同时延伸率由42.79%减少至17.27%。通过利用强β稳定元素Fe置换合金中的V元素,随后在Ti-3Al-5Mo-5Fe-3Cr中分别加入0.1、0.15、0.2 wt.%的B元素,研究了添加微量合金化元素后热轧态合金的微观组织及力学性能。结果表明,同等条件下Ti-3Al-5Mo-5Fe-3Cr的屈服强度及断裂强度较Ti-3Al-5Mo-5V-3Cr合金显著增加,屈服强度及断裂强度由340.71,643.57 MPa分别增加至944.22,945.58 MPa,延伸率由42.79%减少至26.47%。同时二次屈服平台完全消失,合金不发生TRIP效应。在Ti-3Al-5Mo-5Fe-3Cr中添加不同量的B元素后,在细晶强化以及Ti B相钉扎效应的综合作用下,合金Ti-3Al-5Mo-5Fe-3Cr-0.1B综合力学性能最佳,屈服强度及断裂强度分别由944.22,945.58 MPa增加至1019.84,1035.41 MPa,合金延伸率由26.47%降至24.24%。总之,本文基于多因素强化的思路,通过借助d-电子理论微调合金成分,再通过元素的添加、替代,以实现调控合金的相变增塑效应,并细化及强化合金,最终得到具有优良强度塑性匹配的新型亚稳定β型钛合金。
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