论文部分内容阅读
高温钛合金是随着航空工业的发展而发展起来的,并成为钛合金研究的一个十分重要的领域。为满足新型先进航空发动机的设计要求,世界各国都在竞相发展600℃及其以上长时间使用的高温钛合金。Ti600合金是西北有色金属研究院自行研制的一种含有稀土元素Y的近α型高温钛合金,其使用温度在600℃～650℃。目前的高温钛合金,往往是热稳定性不够理想,表现为钛合金在高温环境的使用过程中性能明显降低,成为高温钛合金发展的严重障碍。表面氧化对热稳定性有着直接的影响,因此,对Ti600合金的热稳定性和抗氧化性能研究具有非常现实的意义。基于以上考虑,本文通过对比实验的方法研究加工工艺(常规轧制工艺和热机械处理工艺TMP(thermomechanical processing))和稀土元素Y对Ti600合金组织性能的影响。采用两种典型的热处理制度(1008℃/2h AC+650℃/8h AC；1060℃/lh AC+650℃/8h AC)处理后,进行拉伸(室温和650℃)、蠕变(650℃/100MPa/100h)和热稳定性(600℃～750℃/100h)等力学性能测试,并结合金相显微镜、¨描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段进行组织、断口形貌的观察与分析,得出加工工艺和稀土元素Y对Ti600合金各性能的影响规律。本文还通过600℃～750℃连续氧化方法对Ti600合金的抗氧化性能作进一步研究。通过氧化动力学、氧化层表面形貌观察、物相结构分析以及元素分布等方面进行分析Ti600合金的高温氧化行为。以期为该合金的应用提供参考。论文取得的主要结论如下：(1)Ti600合金在1008℃/2hAC+650℃/8hAC处理后,得到含有10%-15%初生α相的双态组织；在1060℃/1hAC+650℃/8hAC处理后,得到片层组织。与片层组织相比,双态组织具有较好热稳定性的和拉伸塑性,但拉伸强度和蠕变性能不如片层组织。加工工艺也影响着合金的组织,TMP工艺可以使组织变得均匀,但并没有细化组织。与常规工艺相比,TMP工艺使合金的窒温强度(屈服和抗拉强度)降低,塑性得到改善。同时高温拉伸性能、热稳定性和蠕变性能均较好。(2)在含有少量稀土元素Y的Ti600合金中,Y除少量的以固溶态存在外,大部分以稀士氰化物Y2O3的形式析出,并弥散分布。它可以细化组织,并能降低铝当量,抑制脆性α2相的析出。稀土元素Y对Ti600合金的室温强度(屈服和抗拉强度)影响不大,但可改善合金的室温塑性和高温拉伸性能。另外,稀土Y可以改变硅化物S2-(Ti、Zr)6Si3和α2(Ti3Al)析出和分布,以及合金中的位错组态,明显提高合金的热稳定性和蠕变性能。(3)Ti600和Ti600-Y两合金在600℃～750℃热暴露100h后,试样表面氧化形成的脆性层诱发裂纹是影响热稳定性能的重要因素。在长时间热暴露过程中,S2和α2的析出对塑性有较大影响,但是这两种相的析出受温度的控制。本研究发现,在650℃～700℃暴露时,两种相的析出量和尺寸大小均适宜,毛坯塑性较好。(4)通过氧化动力学曲线和动力学参数的比较发现,两合金在600℃～700℃时具有较好的抗氧化性能,并且氧化动力学曲线基本服从抛物线规律。在750℃氧化时间较长时,氧化层脱落,氧化严重,其氧化动力学曲线近似符合抛物线-直线规律。氧化由扩散控制。氧化层主要由金红石结构的TiO2和少量的Al2O3组成。