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摘 要

本课题以新型低成本合金Ti-3Al-2Fe-0.1B为研究对象，研究了三种不同的退火工艺对Ti-3Al-2Fe-0.1B合金的组织和力学性能的影响。研究结果表明：

（1）在不同的退火制度下，Ti-3Al-2Fe-0.1B合金的α相和β相的相对含量不同。锻态原样中含有很多α相，并且α相均匀分布在β相基体上；β退火试样中的初生α相消失，并且其中可见许多针状的次生α相；普通退火试样中依旧留有许多片层状的α相以及少量的β相，并且多了一些短棒状的α相；双重退火试样含有大约97.31%的α相，α相基本呈现短棒状。

（2）普通退火制度的试样的屈服强度、伸长率最高，分别817MPa和21.04%；β退火的抗拉强度最高，为821MPa。断口形貌图表明锻态试样和普通退火试样拉伸后的断口表面呈现出纤维状，颜色灰暗；通过扫描电镜可以发现锻态试样和普通试样断口处均有较多韧窝，据此得出这两种试样的断裂均为韧性断裂。并且普通退火后的断口形貌明显比锻态原样中的韧窝多而密，据此得出普通退火后的试样塑性比锻态原样好。

（3）经过β退火和普通退火后的试样的硬度均比锻态原样要高，并且其中普通退火试样的硬度最高，为300.07HV；β退火的硬度为288.77HV；而双重退火的硬度有轻微下降，为280.4HV。由此可见，普通退火对合金的性能的改善效果最好。

关键词：热处理 钛合金 显微组织 力学性能

Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of β-Forged Ti-Al-Fe-B Alloy

Abstract

In this paper, a new low-cost and gold Ti-3Al-2Fe-0.1B was studied, and the annealing process was systematically studied by means of metallographic microscope, thermal analyzer, X-ray diffractometer and tensile testing machine. Effect of microstructure and mechanical properties of Ti-3Al-2Fe-0.1B alloy. Research indicates:

1. The relative contents of α phase and β phase of Ti-3Al-2Fe-0.1B alloy are different under different annealing regimes is shown by the experimental results.The forged state contains a plurality of lamellar α phases interlaced with each other, and the α phase is uniformly distributed on the β phase matrix;The primary α phase in the β-annealed sample disappears, but the β grain becomes larger, and many needle-like secondary α phases are visible therein;In the ordinary annealed sample, there are still many lamellar α phases and a small amount of β phase, and some short rod α phases are added; the double annealing sample contains about 97.31% of α phase, which can be said to be basic. There is no flaky α phase, and the α phase is mostly short rod-shaped.
2. The tensile test shows that the specimens of the ordinary annealing system have the highest yield strength and elongation, respectively 817 MPa and 21.04%; the β annealing’s tensile strength of is the highest, which is 821 MPa.The fracture morphology analysis shows that the fracture surface of the forged specimen and the ordinary annealed specimen is fibrous and the color is gray; the shape map has many dimples, and the fractures of the two specimens are obtained.Others are ductile fractures. Moreover,the fracture morphology after ordinary annealing is obviously more dense than that of the forged state, and it is concluded that the plasticity of the sample after ordinary annealing is better than that of the forged state.
3. The hardness of the samples after β annealing and ordinary annealing is higher than that of the forged state, and the hardness of the ordinary annealed samples is 300.07 HV; the hardness of β annealing is 288.77HV; and the hardness of double annealing is slightly decreased,is 280.4HV.It can be seen that ordinary annealing has the best effect on the performance of the alloy.

Key words:heat treatment; titanium alloy;microstructure;mechanical properties

目录

摘要 Ⅰ

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1钛合金的概述 1

1.2合金元素对钛合金的影响 1

1.2.1Al元素对钛合金的影响 1

1.2.2 Fe元素对钛合金的影响 2

1.2.3 B元素对钛合金的影响 2

1.3合金的热加工工艺 3

1.3.1锻造 3

1.3.2轧制 4

1.4合金的热处理工艺 4

1.4.1固溶时效 4

1.4.2退火 5

1.5 论文研究目的以及研究内容 5

第二章 实验材料和实验方法 6

2.1实验材料 6

2.2实验方案 7

2.3实验方法 7

2.3.1 DSC分析 7

2.3.2热处理工艺 8

2.3.3显微组织观察 8

2.3.4 XRD物相分析 9

2.3.5拉伸试验 10

2.3.6硬度测试 11

第三章 热处理工艺对β锻Ti-Al-Fe-B合金组织和力学性能的影响 13

3.1 Ti-Al-Fe-B合金热处理前后XRD物相分析 13

3.2 Ti-Al-Fe-B合金热处理前后微观组织形貌 15

3.3 不同热处理工艺对Ti-Al-Fe-B合金组织的影响 16

3.4 力学性能测试 18

3.4.1 合金室温拉伸性能测试 18

3.4.2 拉伸断口形貌分析 21

3.4.3 硬度测试 22

3.5 本章小结 23

第四章 结论与展望 25

4.1结论 25

4.2展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1钛合金的概述

钛是一种过渡金属，具有银白色的金属光泽^[1]，并且钛元素在地球表层含量较多，是铜的61倍。钛及钛合金具有强度高、密度小、热膨胀系数低、无磁性、弹性模量低、热导低、耐腐蚀、低温韧性良好和对环境无污染等一系列优点^[2,3]。因此，钛合金不仅被广泛应用于航空、航天、石油化学化工以及兵器等领域，而且作为轻质金属结构材料得钛合金早就引起了人们的关注^[4]。

然而从十八世纪钛合金被发现到上世纪五十年代，钛合金的研究人员一直困扰于钛合金不菲的成本，相较于传统金属结构材料，例如铝合金和钢材之类，钛合金的原材料、制造成本都高出不少，这也就导致了传统金属结构材料的大量使用，而钛合金未能被广泛应用于类似汽车领域的民用产品。但是如果将钛合金材料用作汽车用轻质结构材料，那么不仅车重可以减轻、噪音也会降低、燃料消耗可以降低，并且工作效率得以提髙、环境得以改善、汽车使用寿命延长、汽车的安全性和舒适度都会提高等。总而言之，钛合金是可以让汽车轻量化得以实现的理想金属材料之一。最近几年，钛合金热度持续上升，国内外研究人员积极寻求降低钛合金成本的方法^[1]。

1.2合金元素对钛合金的影响

1.2.1Al元素对钛合金的影响

作为钛合金中最重要的固溶强化元素之一的Al元素,它可以提高钛合金材料的室温和高温强度、α/β相变点、再结晶温度、弹性模量和比电阻等等^[2]。由于Al原子以置换方式存在于α相中,当Al含量超过其在α相中的溶解极限时,容易导致有序α₂(Ti₃Al)相析出,引起合金脆化,Al含量在6~7%吋钛合金具有较高热稳定性和良好焊接性,因此Al在钛合金中最高含量有一定限制^[3]。

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