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Ti6Al4V钛合金非平衡显微组织的研究

作　者: 王锦林
导　师: 甘章华
学　校: 武汉科技大学
专　业: 材料学
关键词: Ti6Al4V钛合金电子束焊接柱状晶 α′马氏体热模拟
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Ti6Al4V钛合金具有比强度高,抗蚀性能优异,高温抗蠕变性能和无磁性等优良的性能,已经在航天航空工业和化学工业中得到了广泛的应用。与传统焊接方法相比,电子束焊接技术因具有高能量密度、焊接变形小及生产效率高等优点,成为先进焊接技术发展的重要研究方向之一。本文研究了TC4钛合金电子束焊接接头的微观组织形貌,进而探究了焊缝及热影响区不同区域的组织特征及晶粒生长规律;通过焊接热模拟试验模拟焊缝和热影响区,研究了冷却速度等因素对TC4钛合金热影响区晶粒尺寸和组织转变的影响规律;通过不同的热处理,研究了加热温度、冷却速度及保温时间对钛合金晶粒长大及组织的影响。TC4钛合金电子束焊接焊缝主要生成粗大的初生β柱状晶,焊缝顶部柱状晶沿熔合线向顶部生长,中部柱状晶垂直熔合线向焊缝中心对称生长,焊缝的柱状晶尺寸从顶部到底部依次减小;焊缝柱状晶内以针状马氏体组织为主,马氏体尺寸受β柱状晶大小的影响,从顶部到底部逐渐减小。采用Gleeble3500热模拟试验机对TC4钛合金进行焊接热模拟实验研究发现:TC4钛合金热模拟中心均温区的晶粒严重长大,原始β晶界清晰可见,中心区域发生马氏体相变,主要为针状α′马氏体;边缘区域沿原始β晶界向晶内形核生长,形成片层状α组织;随着冷速的增大,α相逐渐减少,β晶界逐渐被破坏,晶内生成短小、纵横排列的针状α′组织,片层和针状组织越细小。XRD标定发现母材和热模拟区域的衍射峰分别与纯钛密排六方α和α′相偏移一个角度后重合。钛合金母材硬度较低,随着冷却速度的提高,显微硬度逐渐提高,但马氏体α′相的强化效果并不明显。TC4钛合金不同热处理工艺的研究发现:在970℃下进行保温冷却,由于加热温度稍低于β相转变温度,α相并没有完全转变为β相,不同冷却方式下的组织均含有初生等轴α相;在相变温度以上加热保温,炉冷和空冷由于冷却速度较慢,转变的α相比较粗短,生成魏氏组织,冷却速度越慢α相越粗大,水冷下主要获得针状马氏体α′组织。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章文献综述  8-21
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 钛合金概述  8-15
    1.2.1 钛合金的分类  9-10
    1.2.2 钛合金的性质  10-11
    1.2.3 钛合金相变及热处理  11-12
    1.2.4 Ti-6Al-4V 钛合金的典型显微组织  12-15
  1.3 钛合金的焊接技术及研究现状  15-18
    1.3.1 钛合金的焊接  15-16
    1.3.2 电子束焊接技术及其研究现状  16-18
  1.4 焊接热模拟技术及研究现状  18-20
  1.5 研究目的及内容  20-21
第二章 Ti6A14V钛合金电子束焊接接头组织性能的研究  21-33
  2.1 实验材料  21
  2.2 电子束焊接设备及工艺  21-22
    2.2.1 焊接设备  21-22
    2.2.2 钛合金表面处理  22
  2.3 电子束焊接实验结果及分析  22-32
    2.3.1 金相样品制备  22-23
    2.3.2 电子束焊接接头组织分析  23-26
    2.3.3 X 射线衍射分析  26-27
    2.3.4 焊缝的织构分析  27-30
    2.3.5 显微硬度分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第三章 Ti6A14V钛合金焊接热模拟试验  33-46
  3.1 实验设备及方法  33-35
    3.1.1 热模拟试验机及实验方法  33-35
    3.1.2 金相及TEM 样品制备  35
  3.2 热模拟实验结果及分析  35-45
    3.2.1 模拟热影响区的显微组织分析  35-39
    3.2.2 模拟焊缝区域的显微组织研究  39-40
    3.2.3 冷却速度对热影响区显微组织的影响  40-43
    3.2.4 热模拟区域物相与结构分析  43-44
    3.2.5 冷却速度对热影响区显微硬度的影响  44-45
  3.3 本章小结  45-46
第四章热处理工艺对Ti6A14V钛合金显微组织的影响  46-54
  4.1 实验设备及方法  46-47
  4.2 不同热处理工艺下TC4 钛合金显微组织分析  47-53
    4.2.1 冷却速度对TC4 钛合金显微组织的影响  47-52
    4.2.2 冷却速度对显微硬度的影响  52-53
    4.2.3 保温时间对TC4 钛合金显微组织的影响  53
  4.3 本章小结  53-54
第五章全文总结  54-55
参考文献  55-59
硕士研究生在读期间发表的论文  59-60
致谢  60

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