高強高塑TiFeNbC合金的組織性能研究.pdf

1、近年來，許多具有超高強度的新型鈦合金被研發(fā)出來。與其他合金類似，鈦合金在獲得超高強度的同時往往會犧牲一部分塑性。因此，獲得高強度和高塑性兼?zhèn)涞拟伜辖鹗潜绢I(lǐng)域的熱點問題。本文以Ti-Fe基合金為對象，以同時提升合金的強度與塑性為目標，通過加入Nb、C等合金元素，研究了合金在鑄態(tài)、熱軋態(tài)、熱鍛態(tài)等條件下的組織與力學(xué)性能。
　　首先研究了C的加入對Ti95-xFexNb5(x=25,20,15,10)合金的組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明

2、：亞共晶Ti70Fe25Nb5(T70)、Ti75Fe20Nb5(T75)合金加入微量C后可觀察到TiC相的生成，初生β-Ti相擇優(yōu)取向發(fā)生改變，形成了均勻分布的、類似球狀的枝晶β-Ti相組織；合金分別具有3050MPa、3268MPa的最大壓縮強度和17.6％、27.3%的斷裂應(yīng)變，合金的力學(xué)性能顯著提升。近共析Ti80Fe15Nb5(T80)、Ti85Fe10Nb5(T85)合金加入C后在β-Ti晶粒中觀察到了均勻分布的、細小的條狀

3、TiFe析出相；合金分別具有3046MPa、3070MPa的極限壓縮強度和30.7%、38.1%的斷裂應(yīng)變，合金的力學(xué)性能得到優(yōu)化。
　　其次，針對所優(yōu)化出的鑄態(tài)亞共晶Ti95-x(Fe97.45C2.55)xNb5(x=25,22,20,18)的組織和力學(xué)性能進行了研究。結(jié)果表明：鑄態(tài)合金中（β-Ti+TiFe）共晶組織、初生β-Ti相和TiC相的含量以及各相的分布形態(tài)顯著影響合金的壓縮力學(xué)性能。其中， Ti75(Fe97.45

4、C2.55)20Nb5(T75C)合金可觀察到少量的TiC相及大量近球狀形態(tài)的初生β-Ti相、在初生β-Ti相界面處分布的少量（β-Ti+TiFe）共晶組織。T75C合金顯示出超高的強度（3268MPa）和良好的塑性（27%）。
　　最后對優(yōu)化出的鑄態(tài)的近共析 Ti95-x(Fe97.45C2.55)xNb5(x=15,13,10,8)合金，熱軋態(tài)(水淬/空冷)的Ti85(Fe97.45C2.55)10Nb5(T85C)和Ti87

5、(Fe97.45C2.55)8Nb5(T87C)合金和熱鍛態(tài)的T85C合金的組織和力學(xué)性能進行了研究。研究結(jié)果表明：幾種合金的β-Ti相晶粒中均可觀察到TiFe相的析出，其析出相的含量、形態(tài)和大小顯著影響合金的力學(xué)性能。其中，在鑄態(tài)T85C和T87C合金中可觀察到固溶強化程度相對較低的β-Ti相和在β-Ti相基體上均勻分布的條狀、尺寸大小分別約為0.5-9um和0.5-7um的TiFe相組織。鑄態(tài)T85C、T87C合金均顯示出高強度（3

6、070MPa、3024MPa）和優(yōu)異的塑性（38.3%、39.3%）。熱軋態(tài)合金中的β-Ti相的晶粒尺寸和在β-Ti相中均勻分布的TiFe相的含量顯著影響合金的力學(xué)性能。其中熱軋水淬態(tài)T85C合金中可觀察到相對粗大的β-Ti相晶粒和較多含量的TiFe相組織。其拉伸強度、延伸率分別為1063MPa、14.4%，表現(xiàn)出良好的拉伸綜合力學(xué)性能。熱鍛態(tài)的T85C合金可觀察到與熱軋水淬態(tài) T85C合金相類似的組織。合金的最大壓縮強度和壓縮斷裂應(yīng)變