稀土添加對(duì)粉末冶金鈦合金組織與性能影響研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有優(yōu)異的綜合性能,是一種重要的金屬結(jié)構(gòu)材料,在軍工、民用各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。高性能、低成本是鈦合金發(fā)展的兩個(gè)重要的方向。本論文以高氧含量鈦為原料粉末,采用粉末冶金元素混合法制備出低成本粉末冶金鈦合金制品,同時(shí)通過(guò)添加稀土元素來(lái)提高鈦合金的燒結(jié)致密度,改善鈦合金的組織與力學(xué)性能。通過(guò)光學(xué)顯微分析、X射線衍射分析、SEM顯微分析、力學(xué)性能測(cè)試等分析手段,研究了添加不同含量和不同形式添加稀土元素對(duì)粉末冶金鈦合金燒結(jié)致密度、顯

2、微組織、力學(xué)性能和氧化行為的影響,闡明稀土元素在粉末冶金鈦合金的存在方式以及對(duì)合金燒結(jié)行為、顯微組織和力學(xué)性能的作用機(jī)理;同時(shí),通過(guò)改變鍛造及熱處理工藝,研究其對(duì)合金基體組織及稀土氧化物顆粒形態(tài)與分布的影響規(guī)律,得到以下結(jié)論:
　　 1)添加LaH2和YH2后,燒結(jié)態(tài)鈦合金中的稀土元素有兩種存在形式,一種是彌散細(xì)小的La2O3和Y2O3氧化物顆粒,另一種是尺寸較大的富稀土顆粒;添加LaB6后,燒結(jié)產(chǎn)物主要為纖維狀的TiB、具有規(guī)

3、則外形的細(xì)小分散的La2O3顆粒以及大尺寸含Ti和O的富鑭顆粒。氧化物顆粒以及富稀土顆粒尺寸隨著稀土含量的增加而增加。添加Y-Al合金可使稀土氧化物顆粒具有更好的分散性,但仍有部分含Y顆粒偏聚在孔隙周圍。
　　 2)少量LaH2或LaB6的添加對(duì)燒結(jié)過(guò)程中Ti粉末顆粒表面起到了有效的活化作用,從而使合金的燒結(jié)密度提高;LaB6添加量超過(guò)0.15％時(shí)合金致密度的下降主要可歸結(jié)于新生TiB顆粒對(duì)燒結(jié)致密化的阻礙作用。隨稀土含量的增加

4、,燒結(jié)態(tài)合金的室溫抗拉強(qiáng)度和延伸率呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律,這主要與合金燒結(jié)致密度的變化有關(guān)。
　　 3)添加LaH2后,鍛造熱處理態(tài)合金的室溫延伸率顯著提高,但其對(duì)室溫抗拉強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不大;LaB6添加后通過(guò)原位合成所生成的TiB增強(qiáng)相,使鍛造熱處理態(tài)合金室溫及高溫強(qiáng)度均得到提高,但其延伸率提高不明顯;YH2的添加提高了鍛造熱處理態(tài)合金的室溫拉伸強(qiáng)度和延伸率,經(jīng)650℃退火處理后,合金的強(qiáng)度和塑性達(dá)到最佳匹配。
　　 4)

5、P/M Ti-1100和Ti-1100/0.6Y合金的氧化動(dòng)力學(xué)曲線符合拋物線規(guī)律,其氧化過(guò)程主要受金屬離子和氧在膜中的擴(kuò)散所控制。在650℃和700℃氧化時(shí),添加Y的合金氧化增重反而比未添加Y的合金高,主要原因是合金中偏聚態(tài)富稀土相在氧化過(guò)程中形成了一個(gè)氧向基體擴(kuò)散的快速通道。在800℃氧化時(shí),合金氧化層主要可分為T(mén)iO2層、TiO2+Al2O3層、富TiO2層和富Ti層四部分;當(dāng)氧化時(shí)間超過(guò)25h時(shí),添加Y的合金其增重及氧化層厚度均