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《哈尔滨工业大学》 2010年
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钛合金TiH_2分解法液态置氢技术基础研究

张月红  
【摘要】: 氢处理技术利用氢在钛合金中的特性,把氢做为临时性合金元素改善钛合金的组织和加工性能。本文提出了一种与固态置氢不同的液态置氢方法,将氢处理技术和ISM熔炼技术相结合,在ISM熔炼过程中将氢化钛以添加剂的形式置入到钛合金熔体中凝固得到置氢铸锭或铸件。分析熔炼室压强、加热功率、氢化钛料棒的置入方式和成分以及冷却方式等工艺参数对液态置氢过程的影响。研究了液态置氢对Ti6Al4V合金凝固组织的影响,铸锭中存在的缩孔和气孔及其形成原因,并研究了液态置氢对Ti6Al4V合金加工性能的影响。 理论上分析了钛合金液态置氢过程的三个阶段:(1)氢化钛料棒悬挂在水冷铜坩埚的上方并下降至接触熔体的阶段,即氢化钛加热分解的过程;(2)氢化钛料棒从接触熔体到完全溶入熔体并保温阶段,即氢化钛溶解的过程;(3)含氢钛合金的凝固过程。研究结果表明,液态置氢后钛合金中的氢含量主要与置入熔体中氢化钛的质量分数和液态置氢过程的保温时间有关。 研究了氢化钛以粉末状置入到合金熔体中液态置氢后,Ti6Al4V合金凝固组织的演变规律及其机理。发现液态置氢后合金的成分变化不大,凝固组织由α相、β相和δ氢化物相组成;液态置氢后合金宏观组织为等轴晶,置入氢化钛量小于1.25wt.%,随置入氢化钛量的增加宏观组织逐渐细化,平均晶粒尺寸减少约50%,且α/β片层组织明显细化;置入氢化钛大于3.75wt.%,凝固组织的晶界明显宽化。并发现面心立方结构的δ氢化物在α片层上以针状析出,且随置入氢化钛量的增加而逐渐增多。 研究了氢化钛压制成棒置入到合金熔体中液态置氢后,Ti6Al4V合金凝固组织的演变规律。液态置氢后合金凝固组织由α相、β相和δ氢化物相组成,随着置入氢化钛量的增加,β相和δ氢化物相的衍射峰数量明显增多,表明组织中两相的含量增多。氢化钛压制成棒置入到合金熔体中液态置氢后合金的宏观组织为不规则粒状组织,显微组织中针状α相组成的片层结构,随置入氢化钛量的增加而逐渐增多并细化。 研究了液态置氢后Ti6Al4V合金铸锭中缩孔和气孔的形成规律及其机制。氢化钛以粉末状置入到合金熔体中液态置氢后,铸锭中缩孔内表面可见气泡逸出形成的涟漪状形貌,但无较大的气孔存在。氢化钛压制成棒置入到合金熔体中液态置氢后,铸锭中缩孔内表面上除气泡逸出形成的涟漪状形貌外,还可见弥散分布的较大气孔。同时,其显微组织中也存在弥散分布的气孔,并随置入氢化钛量的增加而逐渐增多。 研究了氢化钛以粉末状置入到合金熔体中液态置氢,对Ti6Al4V合金硬度、流变应力和冲击断裂断口形貌的影响。液态置氢后Ti6Al4V合金的宏观硬度显著降低,但随着置入氢化钛量的增加,其宏观硬度呈逐渐上升的趋势;置入TiH2量小于1.25wt.%范围内,液态置氢后Ti6Al4V合金晶界处的显微硬度明显低于晶粒内,且置入氢化钛量相同时,液态置氢过程保温时间延长,其晶界处和晶粒内的显微硬度均降低,晶界处的显微硬度降低约40%。相同的应变速率和变形温度下,随置入氢化钛量的增加,置氢Ti6Al4V合金的流变应力逐渐降低;随应变速率的升高,合金的流变应力逐渐提高;随变形温度的升高,合金的流变应力逐渐降低。液态置氢Ti6Al4V合金冲击断裂的断口形貌由韧窝和撕裂棱组成,随着置入氢化钛量的增加,韧窝逐渐增多并细化。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG131

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【参考文献】
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