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金属Sc对钛合金组织与性能的影响

刘会群  
【摘要】:本文采用真空电弧熔炼技术制备了一系列成分的Ti-Sc二元合金、Ti-Al-(Sc)合金以及Ti-6Al-4V-(Sc)合金。借助光学金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、X射线衍射技术(XRD)等手段分析研究了各成分合金铸态显微组织及显微硬度、退火后淬火态显微组织及显微硬度、铸态及退火后淬火态合金的相分析,分析讨论了各成分合金的组织演变规律,初步探讨了金属Sc对各成分合金铸态组织性能以及组织演变规律的影响。通过研究,得到如下结论: 在铸态Ti-Sc二元合金中,随着Sc含量的减少,合金组织由螺旋状组织、片层簇状组织逐渐变为典型的双相组织;少量金属Sc(2%~5%)明显细化了钛合金的显微组织;金属Sc均固溶于Ti中,形成了Ti-Sc互溶的固溶体,未形成Ti-Sc金属间化合物;Sc含量为2%时,铸态Ti-Sc二元合金的显微硬度达到最高值。经不同相区温度下退火后淬火的Ti-Sc二元合金,组织得到了细化,β晶粒尺寸有所减小,组织中出现了针状α马氏体相;随退火温度的降低,其针状α马氏体相的体积分数有所下降,块状α相的体积分数增加。 在铸态Ti-Al-(Sc)合金中,金属Sc的添加减少了魏氏组织的体积分数,明显细化了合金的显微组织;合金中存在的相为α-Ti以及密排六方结构的Ti_3Al相和立方结构的Al_3Sc相;经不同温度下退火后淬火处理,组织明显细化,合金组织中存在着针状α马氏体相,以及一定体积分数的块状α相,并且随退火温度的降低,α相的体积分数有所增加;经β相区温度下退火后淬火处理,金属Sc的添加保留了大量的针状α马氏体相,对α相具有一定的稳定化作用。退火后淬火处理的Ti-Al-(Sc)合金的显微硬度值高于铸态合金的显微硬度值,最高值约为651(HV0.01)。Al含量高的合金在(α+β)相区温度下作退火后淬火处理可以获得较高的显微硬度,Al含量低的合金在β相区温度下退火后淬火处理可以获得较高的显微硬度值。 金属Sc明显细化了铸态Ti-6Al-4V合金的显微组织,组织中主要存在的相为α-Ti和密排六方结构的Ti_3Al相。金属Sc的添加使α-Ti的低角度衍射峰强度变弱,使高角度的衍射峰强度变强。金属Sc的固溶强化作用使Ti-6Al-4V合金中α片层相的显微硬度明显提高,当 中南大学硕士学位论文 摘要 sc含量为0.3%时,。片层相的显微硬度值最高,约513(HVO.ol), 而sc含量为0.1%时p相的显微硬度值较高,约446(HV0.0l)。与铸 态相比,退火后淬火处理的合金组织得到了细化。金属Sc具有一定 的稳定针状a马氏体相的作用。退火后淬火处理合金的XRD衍射谱 中,。一Ti的某些衍射峰强度和位置上发生了较大的变化,甚至某些 衍射峰消失,原因并为结构消光,应与合金不同的组织形貌、a相的 体积分数及不同的晶粒取向等因素有关。添加0.5%金属Sc后的 Ti一6AI一4V合金经700℃退火后淬火,a相的显微硬度值高达 690(HVO.ol)O


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