论文总字数：16873字

摘 要

钛合金在能源，建筑，医药，运动器材，超导材料等领域发挥着重要作用。TC4合金因其优异性能在众多领域有其应用，是世界钛合金消费量最高的主要合金。最近研究表明在TC4中添加少量低成本Fe元素，所获得TC4-Fe合金可以提高加工性能，降低加工成本。

本课题针对TC4钛合金和TC4-Fe合金固溶后采取不同冷却速率冷却至室温，并结合蔡司光学显微镜、硬度仪和拉伸机，研究了冷却速率对TC4合金微观组织及力学性能的影响。研究结果表明，降温速率对TC4合金α相片层组织有一定的细化作用，随着降温速率的增加，合金显微组织的片层厚度减小，但α相含量随降温速率增加而增多。随着降温速率的增大，合金的硬度增大。片层α相厚度越小，其强度越高，塑性越小。通过文献推断，TC4-Fe合金应也有类似的现象和规律。

关键词：TC4钛合金 抗拉强度 硬度 冷却速率

Effect of cooling rate on microstructure and mechanical properties of TC4 alloy and TC4-Fe alloy

ABSTRACT

Titanium alloy is not only used in space, navigation, steel and other applications, electric power, medicine and other fields, but also in energy, architecture, medicine, sports equipment and other fields.TC-4 alloy has excellent advanced properties and is the main titanium alloy consumed in the world. Recent research shows that adding a small amount of low-cost Fe element to TC4, obtaining TC4-Fe can improve the processing performance and reduce the processing cost

The cooling rate has a constant and precise effect on the structure of mineral layer with the increase of cooling rate, although the thickness of microstructure decreases, the optimum hardness increases with the increase of cooling rate. As time goes on, the sealing strength and elasticity resistance of tc-4 alloy increase. cooling Shrinkage and cross-section dimensions are usually reduced. It is inferred from the literature that the TC4-Fe alloy should have similar phenomena and regular patterns.

Keywords:TC4Titaniumalloy; Tensile Strength; Hardness; Cooling rate.

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 TC4合金及其应用 1

1.3 钛合金的相变 2

1.4 钛合金的组织 2

1.4.1魏氏组织 3

1.4.2网篮组织 3

1.4.3双态组织 3

1.4.4等轴组织 3

1.5 钛合金的固溶与时效 3

1.6 合金的冷却过程变化 4

1.6.1 冷却过程 4

1.6.2 冷却速率对显微组织的影响 4

1.7 研究的意义 5

1.8课题研究思路与内容 5

1.8.1 研究内容 5

1.8.2 研究思路 5

第二章 实验材料与研究方法 6

2.1 实验材料 6

2.2 实验仪器设备 6

2.2.1 金相镶嵌装置 6

2.2.2 金相抛光装置 7

2.2.3 金相显微镜 8

2.2.4 拉伸试验机 8

2.2.5 显微硬度分析 9

2.3 实验方案 10

第三 章实验数据与分析 12

3.1 降温速率对合金显微组织的影响 12

3.1.1 不同降温速率的显微组织分析 12

3.1.2 不同降温速率的片层α相厚度 13

3.2 降温速率对合金力学性能的影响 15

3.2.1 降温速率对合金硬度的影响 15

3.2.2 降温速率对拉伸性能的影响 16

3.2.3 断口形貌分析 17

3.3 片层厚度与力学性能的关系 17

第四章 结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

钛在元素在元素周期表中排22位，大约占地壳总重量的0.6％，位于铝，铁和镁之后。纯工业钛外观上呈银白色，熔点为1725度，密度为4.5g / cm³。它属于轻金属或难熔金属。钛是一种具有优异的物理和化学性能的金属材料，例如抗腐蚀，耐高温，较轻的比重和较高的强度等。钛合金不仅在航空航天，航空，航海，冶金，发电，医药等许多领域得到了广泛的应用，而且在能源，建筑，医药，运动器材，超导材料等领域也发挥着重要作用^[1]。当前，随着中国的工业化水平的快速发展，中国金属材料产业的快速发展为中国全面社会主义现代化提供了重要保证。中国市场对钛合金的需求自上世纪60年代以来不断增长，相关领域对钛合金性能的研究也越来越多。目前，钛金属的价格与其他有色金属相比仍然较高，行业中需要解决资源，能源，成本等因素之间的关系。

1.2 TC4合金及其应用

TC4合金是一种实用钛合金，其主要成分为Ti-6Al-4V，它的比强度为21.69，LY₁₂铝合金为16.7，30CrMnS₅钢为14.1-14.5。因此TC4合金可用于制造航天飞机和高速旋转部件^[2]。

随着航空，航天和海洋工业对高强度钛合金的更高要求，高强度高韧性成为钛合金的一个重要的发展方向。钛合金精密铸件和精密铸造技术的研究与开发在现代航空航天领域具有重要的应用背景和战略意义^[3]。研究表明，钛合金的宏观与微观结构与其铸件在冷却过程中的冷却速率有直接的关系。

从不同类型的钛合金的性能特点来看，亚稳态β钛合金具有高的热处理强化效果，深的淬透性和良好的韧性匹配，因此是超高强度钛合金的理想选择^[4]。与其他金属材料一样，从亚稳钛合金的强化机理来看，主要有位错强化，细晶粒强化，固溶强化和时效强化^[5]。固溶强化是纯金属通过添加其他元素形成不改变原始晶体结构的固溶体的工艺。能够同时增加合金的强度以及合金的可塑性和韧性的方法只有细化晶粒。然而，由于钛合金的细化晶粒不能像钢材料那样通过重结晶来细化，因此它们只能通过重结晶来完成，这使得钛合金的细化更加困难^[6]。因此，时效强化已成为开发超高强度钛合金的最有效的强化方法。

请支付后下载全文，论文总字数：16873字