论文部分内容阅读
钛合金因其优异的综合性能而被广泛用于航空航天等高端产业,为了满足更苛刻的使用要求,研究更先进的热处理工艺是经久不衰的研究热点。基于国内外对钛合金热处理机理与强塑性加工工艺的已有研究,本文提出了将热处理（固溶、时效）与强塑性变形（ECAP:Equal Channel Angular Pressing）耦合的新思路。研究中,以Ti-5.4Al-4.1Mo-5V-3Cr-1Zr（Ti-555）为研究对象,研究了820℃/880℃固溶-ECAP-550℃/580℃/610℃时效以及ECAP-820℃/840℃/860℃/880℃/900℃固溶-580℃效下的微观组织与力学性能的变化,同时研究了不同耦合方案对于钛合金在800℃下氧化50h后的高温氧化性能与800℃高温下以75 wt.%NaCl+25 wt.%Na2SO4为介质腐蚀40h后的热腐蚀性能。本文完成的主要工作和研究结果如下:（1）探究了820℃/880℃固溶-ECAP-550℃/580℃/610℃时效热处理工艺后的钛合金的组织性能。研究表明:固溶-ECAP-时效后,细化的晶粒出现拉长、破碎。880℃固溶-ECAP的位错密度与位错贡献分别为1.18×1014·m-2、59.96 MPa,表明ECAP起到了强化作用且与单相区耦合更好。随着时效温度的上升,硬度与抗拉强度均先上升后下降。无论是820℃固溶还是880℃固溶,在固溶-ECAP-时效工艺路线下,材料强度都在580℃时效下最优。其中820℃固溶-ECAP-580℃时效、880℃固溶-ECAP-580℃时效的硬度分别为457.9HV、490.0HV,抗拉强度分别为1151MPa、1252MPa,延伸率分别为2.89%、2.79%。因此880℃固溶-ECAP-580℃时效后的Ti-555性能较好。（2）探究了ECAP-820℃/840℃/860℃/880℃/900℃固溶-580℃时效工艺后的组织性能。研究表明:随着固溶温度升高,ECAP的贡献主要从细晶强化转变为加强弥散强化。位错贡献随着固溶温度的升高呈先上升再下降的趋势,840℃固溶、880℃固溶与ECAP耦合较好,位错贡献分别为44.73 MPa、44.58 MPa。经过ECAP-固溶-时效的Ti-555较仅经过热处理的样品硬度与强度有明显提升且塑性相当,其中ECAP-860℃固溶-580℃时效硬度为485.1HV,于未ECAP的样品提高了9.3%,ECAP-900℃固溶-580℃时效硬度为503.3HV,但于未经过ECAP的样品金仅提升3.1%。抗拉强度随着固溶温度的上升呈先上升后下降的趋势,ECAP-880℃固溶-580℃时效抗拉强度最好,为1177MPa,于未经过ECAP的样品提升了8.0%。因此,ECAP与840℃至880℃的固溶温度耦合性较好。（3）探究了经过820℃/880℃固溶-580℃时效、820℃/880℃固溶-ECAP-580℃时效、ECAP-820℃/880℃固溶-580℃时效三种不同耦合工艺后的钛合金在800℃下氧化50h后的高温氧化性能。研究表明:氧化增重曲线在40h后氧化增重趋于稳定,820℃固溶-ECAP-580℃时效氧化增重曲线最平缓,为0.75(mg·cm-2)。氧化表面主要由TiO2与Al2O3组成,同时含有ZrO2、V2O3、Cr2O3、MoO3等氧化物。从基体向氧化层过渡时,Ti含量下降,Al、O含量逐渐升高。在ECAP的作用下,材料晶粒细化,内部位错增多,孔隙率减小,因此抗氧化性能得到改善,氧化表面更加完整致密。其中,820℃/880℃固溶-ECAP-580℃时效的表面Ti/Al比为1:1.5,形貌过渡平滑,均匀致密,阻碍了氧原子渗入。ECAP-固溶-时效工艺中固溶时的晶粒长大会降低由ECAP提供的位错贡献。820℃/880℃固溶-ECAP-580℃时效的氧化截面厚度最薄,分别为250μm、255μm。抗氧化性能在整体上表现为固溶-ECAP-时效>ECAP-固溶-时效>固溶-时效。（4）探究了经过820℃/880℃固溶-580℃时效、820℃/880℃固溶-ECAP-580℃时效、ECAP-820℃/880℃固溶-580℃时效三种不同耦合工艺后的钛合金在800℃高温下以75 wt.%NaCl+25 wt.%Na2SO4为介质腐蚀40h后的耐腐蚀性能。研究表明:腐蚀增重曲线在35h后腐蚀增重趋于稳定,880℃固溶-ECAP-580℃时效腐蚀增重最为缓慢,为0.88(mg·cm-2)。腐蚀表面主要由TiO2与Al2O3组成,同时Na+、Cl-、S2+、O2-等离子互相扩散形成了TiSO4、Na2TiS3、NaAlO2等物相。从基体向腐蚀层过渡时,Ti含量下降,O含量逐渐升高,Al、Na、S、Cl含量在腐蚀层中出现少量聚集。固溶-ECAP-时效后的组织具有较好的界面结合力和致密性,其中880℃固溶-ECAP-580℃时效表面有致密的片层组织,组织表明吸附了较多的Na+,阻挡了腐蚀离子侵入。820℃/880℃固溶-ECAP-580℃时效的腐蚀截面厚度分别为70μm、50μm。抗腐蚀性能在整体上表现为固溶-ECAP-时效>ECAP-固溶-时效>固溶-时效。综上所述,本文将强塑性变形（ECAP）与热处理机制（固溶时效）进行了耦合,采用Ti-555钛合金作为研究对象,探索了多种耦合工艺对于Ti-555钛合金的影响,且多项性能得到改善,为后续Ti-555钛合金的研究提供了更多的参考。