cr、nd元素对粉末冶金钛合金组织与性能的影响研究

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1、分类号UDC密级编号硕士学位论文Cr、Nd元素对粉末冶金钛合金组织与性能的影响研究InvestigationsonmicrostructureandpropertiesofpowdermetallurgytitaniumalloyswithCrandNdelementsaddition学位申请人：张豪胤指导教师：祝要民教授、王文焱教授一级学科：材料科学与工程二级学科：材料学学位类别：工学硕士2015年06月独创性声明本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下完成的研究工作及取得的研究成果。据我所知，文中除了特别

2、加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得河南科技大学或其它教育机构的其他学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：II摘要钛合金因具有密度小，比强度高、工作温度范围广等优点，在军用和民用上都得到了广泛应用。例如在航空航天中，对钛合金材料的性能需求日益苛刻，要求其具有较好的室温力学性能、高温力学性能、蠕变性、抗氧化性等，这就需要我们对钛合金的性能进行提升。本文对钛合金中加入Cr、Nd元素进行研究

3、，目的是在保持原良好性能的前提下，更进一步提高其室温抗拉强度及延伸率。其中稀土元素作为一种重要的添加剂，能够吸收基体材料中的氧、碳、氮等杂质元素同时净化晶界，细化组织，可以有效提高材料的性能。本文通过致密度分析、金相分析、断口分析、XRD分析、SEM分析、TEM分析等方法，对冷等静压（CIP）+真空烧结法制备（简称CIP法）的含Cr、Nd元素的Ti-6Al-4V合金进行研究。在混料和制样时，采用Ar气保护加入单质Cr与Nd元素的方法。首先对TC4合金中加入1%-4%Cr元素（质量分数），研究不同含量的Cr元素对

4、TC4合金的影响，目的是让合金在原TC4的抗拉强度上得到提高。其次，在不同固溶温度、时效温度对合金进行热处理，选择合适的热处理工艺并对热处理后的合金进行微观分析。最后在Ti-6Al-4V-2Cr中加入稀土Nd元素，在热处理后，研究Nd元素对合金组份的影响并对组织细化效果进行讨论，通过高分辨透射电子显微镜对析出物进行分析。结果表明：冷等静压280MPa保压30分钟再真空烧结制备的钛合金组织较致密，并未发现有明显的成分偏析情况。加入Cr元素后，随Cr元素含量的升高，合金的抗拉强度明显升高，而延伸率逐渐下降，由于本研

5、究的目的是为了提高材料的延伸率并兼顾抗拉强度，故选择Cr的加入量为2%（质量分数），此时抗拉强度比未加入Cr元素时增强6.7%，抗压强度为和延伸率分基本保持不变。在热处理试验中发现，随着固溶温度的升高，合金的抗拉强度和延伸率呈现先上升后下降趋势，在920℃时达到最高；在时效中，随温度从460℃开始上升，合金抗拉强度明显下降，但延伸率升高，结合本试验的目的，得出合适的热处理工艺为：固溶920℃×50min（WQ）+时效460℃×8h（WQ），此时抗拉强度提高9.07%，延伸率基本保持不变。并在热处理后的微观分析中

6、未发现Cr与Ti共析反应生成的硬脆TiCr2相。稀土元素加入后，采用二维错配度理论对细化进行计算，证实Nd元素对合金晶粒细化效果十分明显。通过力学性能测试，当稀土Nd元素加入量为1%时，合金强化效果最好，合金在室温下的抗拉强度及延伸率分别提升10.7%和49.1%，此时合金主要析出相为Nd2O3，观察析出物形貌，为椭球形，相界面接触稳定。I本研究采用粉末冶金方法制备钛合金，可以提高合金的利用率并降低成本，并加入合金元素增强，提高了其抗拉强度与延伸率，提高合金的性能，可以使钛合金在今后拥有更广泛的应用。关键词：钛

7、合金；固溶时效；抗拉强度；稀土元素；细化晶粒；错配度论文类型：基础研究选题来源：军工863项目2011412-1IIABTRACTABSTRACTTitaniumalloyhasbeenwidelyappliedinmilitaryandcivilian，becauseofitsadvantageaslowdensity,highspecificstrength,andwideworkingtemperaturerange,etc.Forexample,suchinaerospaceplane,theperfo

8、rmanceoftitaniumalloyisrequiredstrictly.Titaniumalloyisdemandedbyexcellentmechanicalpropertiesatbothroomandhightemperature,creepproperties,inoxidizabilityandsoon，whichmadeusimprovepropertiesofti