ti6al4v合金不同熱處理態(tài)下顯微組織分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目：Ti6Al4V合金不同熱處理態(tài)下顯微組織分析2011年3月5日1.畢業(yè)設(shè)計(jì)論文綜述題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況鈦合金的開(kāi)展鈦是20世紀(jì)50年代開(kāi)展起來(lái)的一種重要的構(gòu)造金屬，它是第四周期第四族中的過(guò)渡元素，鈦的比重在20c時(shí)為/cm3,介于鋁/cm3和鐵/cm3之間，但比強(qiáng)度高于鋁和鐵。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗笃鋸?qiáng)度可以到達(dá)1500Mp以上，這對(duì)于鋼來(lái)說(shuō)，在制作工藝上是非常難以到達(dá)的。正是由于鈦及鈦合金所具有的密度小、高比強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、無(wú)磁、透聲、抗沖擊振動(dòng)及生物相容性好等良好的綜合性能，而在航空、航天、國(guó)防、民用、體育及生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域開(kāi)拓了廣闊的應(yīng)

2、用前景1，2。自海綿鈦工業(yè)化以來(lái)，鈦在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了鈦工業(yè)的迅速開(kāi)展，鈦的消費(fèi)才能正在逐年提升，并將陸續(xù)超過(guò)鉛、鋅、銅成為名副其實(shí)的第三金屬。世界上已探明的鈦資源（以TiO2計(jì)）共有2418億噸，具有經(jīng)濟(jì)開(kāi)采價(jià)值的探明儲(chǔ)量（經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)量）13182億噸。然而，由于冶煉困難，必須使用氯氣與惰性氣體或者在真空中進(jìn)展，海綿鈦的消費(fèi)國(guó)至今仍限于日本、美國(guó)、俄羅斯和中國(guó)冏。鈦及鈦合金的高速開(kāi)展，是與航空和航天技術(shù)的開(kāi)展以及本身所特有的優(yōu)異性能是分不開(kāi)的。如20世紀(jì)5060年代，鈦及鈦合金的研究剛起步時(shí)主要是開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的高溫鈦合金和機(jī)體用的構(gòu)造鈦合金；70年代開(kāi)發(fā)出一批耐蝕鈦合金；80年代以來(lái)，

3、耐蝕鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步開(kāi)展。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的構(gòu)造。鈦合金的制備技術(shù)鈦合金材料的消費(fèi)技術(shù)已到達(dá)較高程度，近年在技術(shù)量變上不斷獲得一定進(jìn)展。在鈦合金傳統(tǒng)的熔煉、鑄造和成型工藝技術(shù)根底上開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了不少新工藝、新技術(shù)。在熔煉方面，冷床爐熔煉技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)化消費(fèi)，能熔煉25t重的無(wú)析析和夾雜鑄錠。俄羅斯開(kāi)展了一種類似于冷床爐的熔煉技術(shù)，即“凝殼一自耗電極熔煉。止匕外，冷地竭熔煉技術(shù)近來(lái)也有較大開(kāi)展，與離心澆鑄工藝結(jié)合用于鈦鑄件精細(xì)鑄造，目前正在制造第二代冷地竭熔煉爐。第二代冷地竭爐可大大進(jìn)步熔化才能，縮短熔煉時(shí)間，實(shí)現(xiàn)完全懸浮熔煉，消

4、除金屬凝殼。我國(guó)已將研究感應(yīng)凝殼熔煉技術(shù)列入重點(diǎn)研究工程，在鈦合金的熔煉技術(shù)方面也獲得了很大的開(kāi)展。在鑄造方面：失蠟法鑄造現(xiàn)稱熔模精細(xì)鑄造，是一種少切削或無(wú)切削的鑄造工藝，應(yīng)用廣泛，適用于各種類型、各種合金的鑄造，消費(fèi)出的鑄件尺寸精度、外表質(zhì)量比其他鑄造方法要高，復(fù)雜、耐高溫、不易加工的鑄件均可用熔模精細(xì)鑄造。鈦合金熔模精細(xì)鑄造典型工藝有石墨熔模型殼，金屬鴇面層陶瓷型殼，氧化物陶瓷型殼，適于制造簡(jiǎn)單形狀的鈦鑄件。近年來(lái)，鈦的鑄造技術(shù)主要開(kāi)展了冷地竭+離子澆鑄技術(shù)、真空吸鑄技術(shù)和真空壓鑄技術(shù)。冷地竭+離心澆鑄技術(shù)、真空吸鑄和壓鑄技術(shù)已使產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步進(jìn)步。冷地竭感應(yīng)熔煉后進(jìn)展離心澆鑄消費(fèi)鈦合金鑄

5、件，可以節(jié)省原材料、降低預(yù)熱本錢、并進(jìn)步鑄件精度、消除縮孔和疏松。真空吸鑄法是將懸浮熔煉技術(shù)和真空吸鑄技術(shù)結(jié)合在一起的精細(xì)鑄造方法。該方法鑄造速度快，無(wú)滯流及氣泡卷入等現(xiàn)象產(chǎn)生，該技術(shù)廣泛用于高爾夫球桿頭等薄壁型產(chǎn)品消費(fèi)，真空壓鑄法采用金屬模取代陶瓷模后，產(chǎn)品質(zhì)量較好，本錢降低4,5,6。鈦合金的應(yīng)用鈦及其合金以其優(yōu)異的綜合性能不僅大量應(yīng)用在航空、航天工業(yè)，而且在化工、石油、冶金、造紙、紡織，機(jī)械儀器、能源、醫(yī)療衛(wèi)生等工業(yè)中也有著非常重要的應(yīng)用。1航空航天業(yè)目前，鈦及其合金主要用于航空航天和軍事工業(yè)。航天器主要利用鈦合金的高比強(qiáng)度，耐腐蝕和耐低溫性能來(lái)制造各種壓力容器、燃料貯箱、緊固件、儀器綁

6、帶、構(gòu)架和火箭殼體。近年來(lái)，美國(guó)為了繼續(xù)保持它的空中優(yōu)勢(shì)，正在開(kāi)展下一代先進(jìn)飛機(jī)，如X-30、X-31等，將把現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)的推力比增加1倍以上。這些飛機(jī)的開(kāi)展自然離不開(kāi)鈦，鈦的用量將占飛機(jī)構(gòu)造重量的20%30%同時(shí)，這些開(kāi)展方案也推動(dòng)了一些新合金如TixAly以及Ti基復(fù)合材料的開(kāi)展和應(yīng)用。作為美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的俄羅斯也一直注重航空航天業(yè)鈦材的使用量。其航空工業(yè)主要使用4種鈦合金：板材用合金、鍛件、緊固件用合金以及鑄造合金。在其軍事用途包括用于導(dǎo)彈、航海、精細(xì)機(jī)械等領(lǐng)域。2船舶行業(yè)鈦合金在海洋條件下有著極其優(yōu)良的耐腐蝕性能、高的比強(qiáng)度、無(wú)磁等特點(diǎn)，因此被應(yīng)用于船舶工業(yè)。目前，鈦在艦船上已應(yīng)用的部位有

7、船體構(gòu)造、耐壓殼體、螺旋槳和槳軸、通海管路、閥及附件、各類管接頭、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、熱交換器、聲學(xué)裝置零部件、系泊裝置等。3化工、汽車及能源等工業(yè)的應(yīng)用化工、冶金、造紙、制堿、石油、和農(nóng)藥工業(yè)是使用鈦合金的最早行業(yè)，也是除航空航天工業(yè)以外鈦鑄件使用量最大的部門。在這些部門中使用的鈦鑄件主要是耐蝕泵、閥門、葉輪，它們大部分是在腐蝕性很強(qiáng)的液體介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)。4日常生活領(lǐng)域中的應(yīng)用鈦合金在運(yùn)動(dòng)器材上，如自行車、摩托艇、網(wǎng)球拍和馬具上都獲得了應(yīng)用，但應(yīng)用得最廣泛的就是鈦合金精鑄高爾夫球頭。鈦及鈦合金具有很好的生物相容性和耐蝕性而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械和人工器官7。Ti6A14V合金的研究現(xiàn)狀第一個(gè)實(shí)用的鈦合金

8、是1954年美國(guó)研制成功的Ti6A14V高溫鈦合金，其使用溫度300350c。Ti6A14V合金是等軸馬氏體型兩相合金，由于它的耐熱性、強(qiáng)度、塑性、成型性、可焊性、耐蝕性、和生物相容性均較好，而成為鈦合金中的王牌金屬。該合金是目前用量最大的鈦合金，約占世界全部鈦合金加工件的75%-85%其他許多鈦合金都可以看成是Ti6A14V合金的改型。該合金廣泛用于航空構(gòu)件、汽車、能源、艦船、化工、醫(yī)療器械及體育用品等所有應(yīng)用領(lǐng)域中，在航空業(yè)中Ti6A14V合金用作重要的零部件，從隔板、機(jī)翼、機(jī)架到壓氣機(jī)盤、發(fā)動(dòng)機(jī)、葉片、氣瓶。例如Ti6A14V在美國(guó)F22”猛禽戰(zhàn)斗機(jī)總重中占36%對(duì)Ti6A14V零部件進(jìn)

9、展設(shè)計(jì)并改進(jìn)熱加工工藝有助于大大降低本錢，所以如何進(jìn)步Ti6A14V合金的綜合性能一直是世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)8。這種合金可以通過(guò)調(diào)整顯微組織來(lái)獲得更高的強(qiáng)度，因此不少學(xué)者在試圖通過(guò)熱處理改變顯微組織以到達(dá)改變其機(jī)械性能方面開(kāi)展了許多研究工作。鈦合金具有比強(qiáng)度高和耐腐蝕好等特點(diǎn)，但較差的摩擦學(xué)特性卻限制了其作為摩擦副構(gòu)造材料的應(yīng)用范圍9,10,11。日本住友金屬公司研制成一種耐磨損鈦合金，其耐磨性與W-Cr-Co合金相當(dāng)。這種鈦合金是通過(guò)向Ti6A14V合金中添加WC使TiC均勻彌散于B相基體中而制成的?，F(xiàn)已用于制作切削刀具和其它機(jī)械部件，可大大延長(zhǎng)使用壽命12。Ti6A14V是典型的a+B型合金

10、，其組織形態(tài)和晶粒大小都強(qiáng)烈依賴于鑄造、鍛造、熱處理等熱加工過(guò)程。無(wú)論是在普通退火態(tài)或淬火時(shí)效態(tài)下使用，合金的性能都由不同尺寸、形態(tài)、數(shù)量及組合方式的a與B相的平衡關(guān)系所決定。即使顯微組織類型一致，宏觀晶粒度的差異也會(huì)造成合金性能的較大差異。所以采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒▉?lái)控制其組織形態(tài)、構(gòu)造和晶粒大小，改善材料的外表工藝性能,對(duì)于充分發(fā)揮該合金的性能潛力，進(jìn)一步進(jìn)步其綜合性能、擴(kuò)大其使用范圍都具有特別重要的意義。2 .本課題研究的技術(shù)道路及主要內(nèi)容研究的主要內(nèi)容Ti6A14V合金是典型的a+B型合金。對(duì)于此類鈦合金，通過(guò)固溶時(shí)效得到細(xì)晶粒a+B構(gòu)造，初生a相的比例相對(duì)較高。這樣可以得到很好的熱疲勞性

11、能。鈦合金通過(guò)調(diào)整熱處理工藝可以獲得不同的相組成和組織。一般認(rèn)為細(xì)小等軸組織具有較好的塑性、熱穩(wěn)定性和疲勞強(qiáng)度；針狀組織具有較高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂韌性；等軸和針狀混合組織具有較好的綜合性能。2.1.1. 熱處理對(duì)Ti6A14V合金組織構(gòu)造的影響13-4,15：表2.1Ti6A14V合金的熱處理實(shí)驗(yàn)參數(shù)試樣固溶溫度固溶時(shí)間冷卻方式時(shí)效溫度時(shí)效時(shí)間冷卻方式1940c25min水480c24h爐冷2960c25min水480c24h爐冷3980c25min水480c24h爐冷41000c45min水480c3h爐冷51020c45min水480c3h爐冷61000c45min水480c24h

12、爐冷71020c45min水480c24h爐冷81040c45min水480c24h爐冷91000c45min水750c24h爐冷Ti6A14V合金為典型的a+B型合金，Ti6A14V合金發(fā)生B相轉(zhuǎn)變的溫度約為990C,在低于或高于B相變溫度固溶處理，合金可得到等軸a+B相或網(wǎng)籃組織構(gòu)造。為了研究熱處理工藝對(duì)合金組織構(gòu)造性能的影響，制定出Ti6A14V合金的熱處理工藝參數(shù)如表2.1所示。熱處理工藝流程：固溶一時(shí)效。3 .本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作3.1. 研究重點(diǎn)：本實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)在通過(guò)不同的熱處理實(shí)驗(yàn)，比照分析Ti-6A1-4V合金不同的熱處理態(tài)下的顯微組織，理解此類鈦合金的增強(qiáng)

13、機(jī)理。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚪椒▉?lái)控制其組織形態(tài)、構(gòu)造和晶粒大小，充分發(fā)揮該合金的性能潛力，進(jìn)一步進(jìn)步其綜合性能、擴(kuò)大其使用范圍。存在的主要問(wèn)題及解決方法1鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難，小于HB30cB寸那么容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響。采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可獲得顯著效果。2金相試樣制備時(shí)，對(duì)于觀察不同的顯微組織，要根據(jù)詳細(xì)情況配置不同的腐蝕液。研磨采用水或油潤(rùn)濕金相砂紙，從粗到細(xì)研磨。拋光拋光時(shí)一般采用機(jī)械化學(xué)拋光。先用金剛石研磨膏粗拋光，再用氧化鋁拋光劑

14、精拋光，然后把樣品浸漬于HF(1m1)+H2O(1020m1)溶液中數(shù)秒，再用上述氧化鋁拋光劑完成最終精拋光，可反復(fù)屢次。把HF(1m1)+H2O(1Q-20m1)溶液緩慢滴入旋轉(zhuǎn)的磨盤中，同時(shí)用氧化鋁拋光劑完成精拋光。先用棉球蘸化學(xué)拋光液(HF:HNO3乳酸=1：1：3)擦拭幾秒，再在只加水或稍加氧化鋁拋光劑的磨盤中將試樣拋光成有光澤的鏡面?；瘜W(xué)侵蝕試劑配方：HF(1ml)+HNO3(12ml)+H2O(5060ml)混合液；HF(2ml)+HNO3(2ml)+t油(6ml)混合液16,現(xiàn)配現(xiàn)用。將上述拋光好的樣品，置于或侵蝕劑中侵蝕，能得到層次鮮明的晶界與氫化物小片。鈦合金金相分析的主要程

15、序:試樣磨制一化學(xué)拋光兼擦蝕一清潔枯燥一復(fù)膜一金相觀察與照相17'18。4 .完本錢課題的工作方案及進(jìn)度方案前期已開(kāi)展的工作1查閱相關(guān)資料，為實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展提供結(jié)實(shí)的理論根底。2實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)備等的準(zhǔn)備。3完本錢課題的工作方案及進(jìn)度方案：第1-3周：查閱相關(guān)資料，寫文獻(xiàn)綜述，并準(zhǔn)備課題報(bào)告；第4-9周：按詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)始進(jìn)展實(shí)驗(yàn)；第10-15周：對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展總結(jié)和分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論；第16-17周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備辯論。參考文獻(xiàn)1鈦合金.2M.遼寧：東北工學(xué)院出版社，1986:2323 -1994.鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分S.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，19944 陳國(guó)琳，吳鵬煒，J.艦

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