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汽车用粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al合金的研究

汤慧萍  
【摘要】:钛合金的高成本、难加工等问题一直制约了它的大规模使用。寻找简便的制造工艺,降低成本,使其性价比为市场所接受已成为国内外钛合金研究的热点之一。粉末冶金由于近净成形的特点,是制造高性能、低成本钛合金零件的理想工艺。然而,钛粉的高活性致致密化过程较为困难,影响了最终的力学性能。本文针对这一材料问题开展了研究,采用元素混合法烧结及粉末锻造方法制备Ti-Fe-Mo-Al合金零件,用热膨胀仪分析了其收缩/膨胀特性、用DTA热分析,X射线衍射(XRD)分析,SEM、TEM电镜及力学性能检测等分析手段研究了材料的致密化过程、力学性能和显微组织。研究了不同合金元素Fe、Mo、Al及添加稀土元素Nd对粉末钛合金烧结行为及力学性能的影响,并得到了烧结性能和力学性能优良的粉末钛合金。同时,还研究了添加第二相颗粒原位生成TiC颗粒增强Ti-Fe-Mo-Al合金的组织与性能,试制了粉末冶金钛合金汽车进、排气阀座。论文工作得出了如下结论: 1) 合金元素铝由于偏扩散产生空洞,降低了粉末钛的烧结致密度。合金元素铁能促进致密化过程,但铁使粉末钛的显微组织严重粗化,导致其室温塑性显著降低。合金元素Mo有利于粉末钛的显微组织细化,从而提高了钛合金的拉伸性能。 2) 稀土元素钕可促进粉末钛及钛合金的致密化,并可细化晶粒。烧结后稀土钕以氧化物颗粒形式存在于钛基体中。颗粒尺寸从几百纳米到20微米,起到了弥散强化作用。同时稀土元素夺取了钛基体中的氧,使氧的固溶强化作用减弱,同时提高了粉末钛合金基体的塑性,二者共同作用的结果使强度变化不大,而延伸率得到大大改善。不含稀土的粉末钛合金室温延伸率在4-6%左右,添加稀土后纯钛及Ti-Fe-Mo-Al合金的延伸率达到14-21%,相当于该合金锻造退火态性能水平。 3) 粉末锻造Ti-Fe-Mo-Al合金的强度和延伸率与粉末烧结同成分合金的相当,而断面收缩率及疲劳强度比烧结钛合金有明显提高。 4) 根据合金元素对粉末钛烧结致密化促进作用及对合金性能的影响,设计了新型低成本的粉末冶金Ti-1.5Fe-2.25Mo-1.2Nd-0.4Al合金。该合金烧结态室温拉伸性能达到了熔锻钛合金TC4


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