Ti-62421S短时高温钛合金板材组织性能研究

【摘要】随着短时高性能飞行器的快速发展,传统的高温钛合金已不能满足需求,研发具有更高使用温度的短时高温钛合金成为当务之急。Ti-62421S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-1Mo-2Nb-0.2Si)合金是一种新型的短时高温钛合金,在600℃～650℃具有极大的应用潜力。本文利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)、力学性能测试等,系统地研究了热处理工艺(单级退火、双级退火)对Ti-62421S合金板材微观组织、成分分布及力学性能的影响规律,主要研究结果如下：Ti-62421S合金经800℃～1000℃单级退火处理后,组织由等轴的初生α相(αp)相及包含片层αs相的p转变组织(βt)组成。随着退火温度升高,αp相含量呈抛物线规律逐渐减少,βt组织逐渐增多,αs相尺寸增大数量变多,且同一βt内的αs片层呈平行排列。随着退火温度的升高,αp相和βt组织的A1元素含量逐渐增加,Sn、Zr、Nb、Mo、Si含量逐渐减少。单级退火处理时,随着退火温度的升高,合金550℃的强度略微下降,而600℃及650℃的强度逐渐上升。这是由于550℃时主要为晶界强化,大量的ap相提供了较多的相界面,使得合金强度提高。而660℃及650℃时,合金转变为主要是晶粒强化,此时随退火温度提高,αp相的Al元素含量逐渐增加,固溶强化作用增强；同时αs相的增多有效地阻碍了位错的运动。双级退火处理后,组织析出了纳米尺寸的α2相,并随着第一级退火温度的升高而增多,600℃时效时析出的α2相比750℃时析出的更加均匀。第一级退火温度与单级退火一样时,组织中的αp相含量比单级退火时多。双级退火处理后,与单级退火相比,Ti-62421S合金的室温拉伸塑性明显降低。这是由于第二级退火时析出的α2相引起的。随着第一级退火温度的升高,合金高温拉伸强度逐渐升高。第二级退火温度为600℃时,位错与α2相作用机制主要为切过机制；而第二级退火温度为600℃时,为切过机制与绕过机制混合。Ti-62421S合金具有良好的高温拉伸性能,650℃时的强度与传统长时高温钛合金相当。其高温持久、蠕变性能及弯曲性能也较优异。
【作者】王永玲；
【导师】惠松骁；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】高温钛合金；Ti-62421S；退火；显微组织；力学性能；

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