【摘 要】
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在世界面临着资源、人口和环境三大问题的今天,海洋资源的开发与利用已经成为各个国家的重点战略目标。实现海洋经济的创新发展,离不开先进的高性能海洋工程装备。钛合金以其比强度高和耐腐蚀性能好等突出优点,被广泛应用于服役海洋环境的工程装备。本文以Ti-5.5Al-3.0Zr-1.5Sn-0.3Mo-0.5Nb、Ti-5.5Al-2.0Zr-1.5Sn-0.5Mo-1.5Nb、Ti-6.0Al-3.0Zr-
【基金项目】
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云南省重大科技专项计划项目（2018ZE002、2018ZE013）; 国家重点研发计划项目（2016YFB0301202）
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在世界面临着资源、人口和环境三大问题的今天,海洋资源的开发与利用已经成为各个国家的重点战略目标。实现海洋经济的创新发展,离不开先进的高性能海洋工程装备。钛合金以其比强度高和耐腐蚀性能好等突出优点,被广泛应用于服役海洋环境的工程装备。本文以Ti-5.5Al-3.0Zr-1.5Sn-0.3Mo-0.5Nb、Ti-5.5Al-2.0Zr-1.5Sn-0.5Mo-1.5Nb、Ti-6.0Al-3.0Zr-0.5Sn-1.0Mo-1.5Nb-1.0V三种高强耐蚀钛合金为研究对象,将其经过三次VAR炉熔炼、开坯锻造、轧制成形为板材,主要研究了三种钛合金热轧板材的微观组织、力学性能和耐蚀性能,然后获得最优综合性能的钛合金板材;随后研究了退火和固溶时效工艺对钛合金板材微观组织、织构、力学性能及腐蚀性能的影响,以期获得较佳的热处理工艺规范,用于指导高强耐蚀钛合金板材的生产制造。本文主要研究内容和研究结果如下:（1）研究不同成分钛合金热轧板材的微观组织、力学性能和耐蚀性能。三种钛合金的铸锭组织均是典型的魏氏组织,经开坯锻造以及轧制后,片状α相集束发生了断裂、弯曲、重组,Ti603钛合金板材以等轴的α+β组织为主,其具有最高的强塑积,综合力学性能最佳。Ti552钛合金的腐蚀电流密度最小,静态腐蚀速率最低,耐腐蚀性能最优,而Ti553钛合金最差。（2）研究退火工艺对Ti603钛合金板材组织和性能的影响。热轧板材在退火后整体组织分布均匀,随着退火温度的增加,条状α相减少,β转变组织长大、增多,等轴α相增多。在740℃进行退火时,条状的α相基本消失,β转变组织出现长大、增多并且粘连在一起,是典型的等轴组织形貌。随着退火温度的增加,板材的强度和洛氏硬度呈下降趋势,塑性提高,腐蚀电流密度降低,腐蚀速率减慢,耐腐蚀性能越来越好。板材在740℃退火1小时后获得最佳的力学性能和耐蚀性能。（3）研究固溶时效工艺对Ti603钛合金板材组织和性能的影响。当固溶温度由900℃升高至930℃,等轴α相和β转变组织明显增多,且皆为等轴组织形貌;当固溶温度升高至960℃时,等轴α相和β转变组织减少,并出现大量针状次生α相,其组织由等轴组织转变为双态组织。随着固溶温度的增加,板材的强度和洛氏硬度增高,塑性逐渐降低,而腐蚀电流密度和腐蚀速率呈现先降低后增加的趋势。Ti603钛合金板材进行900℃固溶30分钟,580℃时效3小时处理后,综合力学性能最佳,其耐腐蚀性能较好。（4）Ti603钛合金板材在740℃退火1小时后,小角度晶界占比为66.3%,大角度晶界占比为33.7%,与热轧态的板材相比,小角度晶界明显增加,大角度晶界明显减少。此外,退火板材在{0001}、{112—0}、{101—0}三个极图中均存在织构但其强度较热轧板材弱。经过900℃固溶30分钟,580℃时效3小时的Ti603钛合金板材小角度晶界占比增加,大角度晶界占比减少。固溶时效板材在{0001}极图中存在较强的基面织构,其板材的织构较热轧板材略微增强,且RD方向的晶粒取向在<0001>大幅增加。
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