【摘 要】
：
钛及钛合金性能优异,可应用于航空航天、石油化工、生物医疗等诸多领域,但受限于高昂的价格,目前仅在少数高端领域有应用。粉末冶金钛合金避免了复杂的熔炼过程,无需开坯锻造,是降低钛合金成本的有效方法。然而,粉末冶金钛合金由于氧含量难以控制、难以实现全致密,导致性能不理想,无法满足许多对强度、塑性以及疲劳性能有高要求的场合。虽然目前也提出了热等静压等一系列性能提升技术,但往往造成生产成本的大量增加,与降低
论文部分内容阅读
钛及钛合金性能优异,可应用于航空航天、石油化工、生物医疗等诸多领域,但受限于高昂的价格,目前仅在少数高端领域有应用。粉末冶金钛合金避免了复杂的熔炼过程,无需开坯锻造,是降低钛合金成本的有效方法。然而,粉末冶金钛合金由于氧含量难以控制、难以实现全致密,导致性能不理想,无法满足许多对强度、塑性以及疲劳性能有高要求的场合。虽然目前也提出了热等静压等一系列性能提升技术,但往往造成生产成本的大量增加,与降低钛合金生产成本的初衷相背离。为解决粉末冶金钛合金致密化与纯净化问题,提升粉末冶金钛合金性能,本课题制备了超细低氧Ti6A14V合金粉,通过真空烧结致密化得到良好性能,并对其进行了高温锻造,通过调控锻造参数获得了良好疲劳性能;还制备了粉末冶金亚稳β钛合金TB15,获得了优异的强塑性匹配;为了提高钛基体耐磨性,通过加入高碳铬铁实现粉末冶金Ti-HCFeCr复合材料制备。为了获得超细钛合金粉,将TiH2与铝钒母合金经高能球磨,使TiH2与AlV母合金产生机械合金化,再在700℃真空脱氢扩散4 h后,实现超细粉末中Ti-Al-V均匀合金化,脱氢过程中逸出H原子产生的氢致弱键效应是实现低温合金化的关键。在超细钛合金粉中加入1.5%TiCl2后,在650℃退火30 min实现了钛合金粉表面氯化脱氧,形成气态产物TiClxOy,在加热过程中升华逸出,将钛合金粉氧含量从2500 ppm降低至970 ppm,最终得到平均粒径9.6 μm,氧含量低于1000 ppm的超细低氧Ti6A14V合金粉末,该脱氧技术最大优势为无杂质残留,保证脱氧后粉末纯净。基于此,对超细低氧Ti6Al4V粉末真空烧结致密化过程中组织与性能演变机制进行研究,并对其热加工性能进行讨论。以超细低氧Ti6A14V合金粉为原料,冷等静压成形后在1150℃烧结120 min可以获得99.2%的高致密度,得到平均晶粒尺寸25 μm的细小短棒α组织,并展现出优异的性能,抗拉强度950 MPa,屈服强度890 MPa,延伸率13.2%。分析发现,1150℃实现超细钛合金粉致密化烧结是体积扩散与晶界扩散共同作用的结果。由于PM TC4钛合金细小的初始烧结组织,合金在1050～1200℃进行高温锻造后仍具有优异的塑性,1050℃锻造后Ti6A14V合金的抗拉强度1025 MPa,屈服强度 980 MPa,延伸率 15.5%。通过调控PM Ti6A14V合金终锻温度可以获得细小双态组织,以及良好的疲劳性能。将Ti6Al4V烧结坯在1050℃始锻,终锻温度980℃,得到了细小的双态组织,初生α相尺寸仅9.0 μm。此时,钛合金抗拉强度1176 MPa,屈服强度1100 MPa,延伸率18.2%,疲劳强度可达750 MPa,远超常规铸锻钛合金。利用TEM观察发现细小的初生α相内部与界面处形成了大量位错缠结,减慢了裂纹萌生速度,利用原位观察对裂纹扩展情况观察发现,细小初生α相对裂纹前期扩展有明显阻碍作用,利用该工艺得到的双态组织PM钛合金裂纹扩展门槛值达到11 MPa·m1/2,高于传统铸锻工艺,因而表现出超高的疲劳强度。同时,利用粉末冶金工艺制备了超高强TB15钛合金,对其组织性能演变进行研究。以超细低氧合金粉为原料,在1150℃实现TB15合金烧结致密化,致密度98.3%,烧结后等轴β晶粒尺寸32 μm,大量针状α在β晶内析出,对力学性能起到强化作用,抗拉强度1124 MPa,延伸率5.2%。经1050℃高温锻造,850℃/30 min固溶,500℃/6h时效后,合金强度达到1416MPa,延伸率5.0%,具有良好的强塑性匹配。进一步地,探索了添加高碳铬铁实现粉末冶金钛合金耐磨性提升的工艺路线。加入3～11%高碳铬铁后,合金组织由细小板条α与TiC颗粒构成。Fe、Cr固溶于钛基体中,增加β相比例,促进α板条细化,C与基体原位生成TiC,平均尺寸20 μm,对β晶界起到钉轧作用,抑制晶粒长大,在多种强化机制作用下,实现强度提升,当加入9%高碳铬铁后,合金强度达到1228MPa,屈服强度1140 MPa,延伸率3.1%,硬度42.5 HRC,具有较好的耐磨性。
其他文献
我国冲击地压、煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害形势依旧严峻,对其准确有效的监测预警具有重要意义。煤岩变形破裂过程中存在着磁场变化,其规律如何,能否用磁场变化表征煤岩的变形破坏,值得深入研究。基于此,本文采用实验室实验、理论分析与现场验证相结合的方法,设计建立了无磁化煤岩受载破坏磁场效应监测实验系统,开展了煤岩受载破坏过程的磁场特征与规律研究,从微观电性和磁性的角度研究揭示了煤岩受载破坏过程的磁场产生机制
多主元合金是一种全新的合金设计理念,以等原子或近等原子比的多个元素为主元进行合金设计。多主元的协同作用使合金产生高的混合熵,并表现出许多优异的性能,诸如高强度、高韧性、耐磨耐蚀等性能。由高熔点元素组成的难熔多主元合金呈现出优异的力学性能,具有极为广阔的应用前景。目前,对难熔多主元合金的研究主要集中于组织结构、力学性能和高温氧化行为方面。难熔多主元合金非常有望成为耐蚀合金开发的材料体系,其表面钝化膜
磁性微晶玻璃作为一种功能型材料,以其特有的磁性能而得到社会和科研工作者的广泛关注。例如,磁性微晶玻璃在生物学上可用于温热疗法杀死癌细胞及药物输送,在工程学上可用于硬盘机板、麦克风、扬声器、发动机、电动机、借记卡和信用卡等材料。其中,磁铁矿（Fe3O4）基微晶玻璃是研究最为广泛的一类磁性微晶玻璃。当前,微晶玻璃的主要制备工艺包括整体析晶法和烧结法。在采用传统工艺制备磁铁矿基微晶玻璃的过程中,仍然存在
固体氧化物电池（SOC）是一种全固态可逆电化学装置,在燃料电池模式（SOFC）可将H2、CO等转化为电能,在电解池模式（SOEC）可将CO2、H2O等电解为燃料气,在碳中和发展中具有良好的应用前景。钙钛矿材料由于具有良好的氧化还原稳定性被认为是传统Ni基电极的潜在替代者,其中La1-xSrxFeO3由于具有高的离子电导率被广泛用于氧气极,但其作为燃料极时稳定性差和催化活性不足的问题急需解决。本文以
煤炭是我国的主要能源,然而在煤炭的开采、运输和使用过程中,不可避免地会生大量的粉煤,这些粉煤的利用效率相对较低,如果处理不当会形成粉尘污染空气。型煤技术是提高粉煤利用效率、优化原煤性能、减少环境污染问题的重要途径。粘结剂的加入有助于粉煤的顺利成型,并提高其机械强度。然而,使用传统型煤粘结剂,如生物质、膨润土、淀粉、沥青、糖蜜、高分子聚合物等,制成的型煤或灰分含量高,或机械强度低、热稳定性差,难以用
H13钢中含有0.4%左右的碳元素和总和为8%左右的Cr、Mo、V等合金元素,在凝固过程中由于合金元素的偏析非常容易生成大尺寸的一次碳化物,在后续的热处理过程中这些大尺寸的一次碳化物难以完全消除,仍然会残留在最终的产品中。在H13钢的使用过程中,大尺寸的一次碳化物很有可能成为裂纹源,导致模具钢疲劳失效,一次碳化物的尺寸越大,模具钢的使用寿命越短。为此,如何有效地降低H13钢中大尺寸一次碳化物的尺寸
锰作为钢中最常见的合金元素,可显著改善钢的机械性能。兼具高强塑积和能量吸收性的4～12%锰含量的中锰钢和15～33%锰含量的高锰TRIP/TWIP钢,已成为下一代汽车用钢的主要发展方向。冶炼过程锰的稳定化和高收得率控制决定着含锰钢冶炼的成本和质量,然而锰元素在高温真空下大量挥发损失,导致成分控制难度加大,影响最终产品性能,且锰挥发相还会使耐材使用寿命下降。因此,本文以锰元素为研究对象,围绕真空精炼
随着金属基增材制造、热喷涂、金属注射成形、微电子封装等高新制造产业的快速发展,对优质球形金属粉体的需求也与日俱增。然而,目前几种主流的球形粉体的制备工艺仍存在一些缺陷问题,制备性能优良的球形金属粉体引起了国内外的广泛关注。我国球形金属粉体的种类、产量在近几年有了显著增长,但与国外传统优势企业差距较大,高端产品仍不能满足市场需求,尤其是增材制造领域的优质球形金属粉体原料仍依赖进口。因此,研究具有自主
火法炼铅过程中产生的铅冶炼渣具有成分复杂、重金属含量高、环境危害大的特点。目前铅冶炼渣综合利用率较低,堆存量逐年攀升,已成为铅冶炼行业绿色发展的重要瓶颈之一。本论文以典型鼓风炉铅冶炼渣为研究对象,通过碳热还原挥发实现了铅冶炼渣中铁与重金属的分离与综合回收。重点研究碳热还原过程中多金属元素的相态演变规律,特别是重金属的挥发机理及动力学特性。在此基础上验证了工艺放大的可行性,为实现铅冶炼渣的资源化综合
随着厚钢板越来越广泛地应用于海洋工程、桥梁工程、核电、风电、军工、高层建筑、重大技术装备制造等领域,对厚钢板性能要求也越来越高,特别是焊接性能。为了改善焊接热影响区的组织和性能,日本学者提出了氧化物冶金技术,即通过向钢中加入Ti、Ca、Mg、Zr以及RE等元素,利用这些元素形成细小弥散的高熔点氧化物质点诱导晶内针状铁素体的形核以提高焊接性能,对诸如EH36船板钢等碳当量较低的钢板效果明显。但是,对