合金元素对铸造ti-1100合金组织及性能影响word格式论文.docx

Classified Index: TG292 U.D.C: 621.7Dissertation for the Doctoral Degree in EngineeringEFFECTS OF ALLOYING ELEMENTS ON MICROSTRUCTURES AND PROPERTIES OF CAST Ti-1100 ALLOYSCandidate：Fu BinguoSupervisor：Prof. Wei ZunjieAssociate Supervisor：Associate Prof. Wang HongweiAcademic Degree Applied for：Doctor of EngineeringSpeciality：Materials Processing EngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDate of Defence：March, 2015Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘要600℃应用的高温钛合金具有轻质、耐热、高强等优良特性，在航空航天上具 有广泛的应用。当前对 600℃高温钛合金的研究主要集中在变形合金上，对铸造成 形 600℃高温钛合金的研究比较匮乏。本论文重点研究了凝固条件与合金元素对铸 造高温钛合金组织及性能的影响。首先分析了 Ti-1100 合金与 CaO 坩埚的界面反 应规律。研究结果表明，熔融金属和 CaO 坩埚的界面反应是由坩埚轻微的化学溶 解和微弱的物理侵蚀引起的。α 反应层的形成机制是间隙氧原子在界面处的扩散。 对 Ti-1100 合金和 CaO 坩埚反应的标准吉布斯自由能进行了计算，得到 Ca 和 O 的Ca平衡常数和相互作用参数分别为 logK=-3.14 和 eO=-3.54。不同铸件模数 Ti-1100 试样的铸态组织均为魏氏组织，合金的原始 β 晶粒尺寸 和 α 片层间距均随铸件模数的降低而下降。其中模数为 2.5mm 试样的原始 β 晶粒 尺寸和 α 片层间距分别为 249.4μm 和 5.3μm，与模数为 5.6mm 的试样相比分别下 降了 43.7%和 22.1%。合金的显微硬度随铸件模数的降低而升高。合金的 β 转变温 度随铸件模数的增加而降低，随升温速率的提高而增加。合金在热处理后组织仍 属于典型的魏氏组织，合金的原始 β 晶粒尺寸和 α 片层间距均随铸件模数的降低 而下降，合金经不同热处理后的显微硬度值均比铸态时有所提高，相同热处理条 件下合金的显微硬度值均随铸件模数的降低而提高。研究了不同 Zr 含量对铸态 Ti-1100 合金显微组织和力学性能的影响规律。发 现 Zr 含量的增加对合金的组织具有细化作用。6wt.%Zr 成分的合金中有 TiSi 和 S2 型硅化物析出，析出位置均在 β 相处。TiSi 相属于正交晶型结构，与残留 β 相存___在如下位向关系：(102)TiSi ∥ (110)β，[241]TiSi ∥ [001]β 和(100)TiSi ∥ (101)β，[011]TiSi_∥ [111]β。S2 型硅化物属于密排六方结构，且长轴方向与 α 片层的延伸方向交叉呈__ __ _ _60°夹角。S2 型硅化物与 α 相之间存在如下位向关系：(0110)S2 ∥ (2110)α，[2113]S2____∥ [0001]α 和(1010)S2 ∥ (1210)α，[1213]S2 ∥ [1011]α。合金的显微硬度随 Zr 含量的增加而增加。合金的 β 转变温度随 Zr 含量的增加而降低。合金在热处理后组织仍 属于魏氏组织。不同热处理条件下合金的原始 β 晶粒尺寸和 α 片层间距均随 Zr 含 量的增加而降低。合金在热处理后的显微硬度值与铸态合金相比均有所提高，同 种热处理条件下合金的显微硬度值随 Zr 含量的增加而增加。添加微量 B 元素能显著细化 Ti-1100 合金的凝固组织，TiB 相易于沿着[010] 方向生长形成针状结构以降低由于晶格畸变产生的界面能，TiB 相与钛基体之间的 界面比较干净且没有缺陷产生。TiB 相内部沿(100)面方向出现大量的堆垛层错，-I-这是由硼原子在 TiB 晶体结构（B27 结构）中的位置以及 TiB 与 Ti 基体的晶格错 配能引起的。铸态合金的维氏硬度值随 B 元素含量的增加而增加。合金的 β 转变 温度随 B 含量的增加而增加。不同热处理条件下 Ti-1100 合金的 α 片层间距随 B含量的增加而降低。不同成分合金在热处理后的显微硬度值与铸态合金相比均有 所提高，同种热处理条件下合金的显微硬度值随 B 含量的增加而