热处理对ti2448合金组织与性能的影响【字数：9154】
本论文在Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的基础上，在Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金上添加了Hf元素，具体内容通过水冷坩埚铜熔炼法制备Ti-24Nb-4Zr-8Sn-Hf合金试样，后通过850℃的固溶处理和350℃-450℃的4-24H的时效处理，对不同试样进行组织与性能的测试（金相分析、XRD、硬度）。实验结果表明熔融铸态含Hf的Ti2448合金，经固溶处理后，组成成分主要是亚稳态β相和淬火马氏体α″，还有少量初生α相；再经时效处理后，合金基体β相内析出很多针状次生α相，其特点是较细小，没有规则；延长时效的时间，存在次生α相析出，并且有含量增加，尺寸逐渐变大的趋势。铸态的含Hf Ti2448合金的硬度小，经固溶处理后硬度增加；经时效处理后，合金的硬度进一步增加，随着时效时间的增加，合金硬度先增加后减小；在时效时间相同，改变时效温度的情况下（350℃-450℃），合金的硬度先增大，后减小。在Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金的基础上加入Hf元素，Hf对Ti2448合金基本无影响。
目录
1.绪论
1.1 钛及钛合金 1
1.1.1钛合金的分类 2
1.1.2钛合金中的相变 3
1.2 Ti24Nb4Zr8Sn合金 4
1.3 钛合金的热处理 5
1.3.1退火热处理 6
1.3.2淬火固溶热处理 6
1.3.3时效热处理 7
1.3.4形变热处理 7
1.3.5化学热处理 7
1.4 本课题的创新点及研究内容 8
2.实验材料和研究方法
2.1实验设计 9
2.2样品制备 10
2.2.1原料选用 10
2.2.2 实验设备 11
2.2.3试样制备 14
2.3 测试方法 16
2.3.1 组织观察 16
2.3.2 性能测试 16
3.结果与讨论
3.1.数据与图片处理
3.1.1 合金组织 16
3.1.2 硬度测试结果 17
4.结论
4.1 固溶时效处理对Ti24Nb4Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
r8Sn合金显微组织的影响 19
4.2 固溶时效处理对Ti24Nb4Zr8Sn合金力学性能的影响 19
参考文献 20
致谢 21
绪论
1.1钛及钛合金
钛元素是在地球上分布比较广泛的,其质量约占地壳总质量的0.6%,在地壳存在的金属中属于第四位，仅仅次于Al、Fe、Mg三种元素。钛在自然界中主要的存在形式是金红石(TO2)和钛铁矿石( FeO. TiO2)。金属钛，常温下银白色,熔点约为1680℃,相对密度为4.54g/cm3,没有钢重，比工业中常用的轻型合金元素镁和铝稍重。钛具有同素异形转变,纯钛的相转变温度为882.5℃，以相转变温度为临界点，相转变温度以下是密排六方结构的αTi,相转变温度以上至熔点为体心立方结构的βTi。
钛和钛合金由于其优异的性能而越来越多地用作结构材料。 自1954年在美国成功设计出第一种实用钛合金Ti6Al4V（TC4）以来，钛合金具有高比强度，良好的耐热性，高耐腐蚀性，良好的低温性能和低弹性。 模量和导热性等优良性能引起了学者们的广泛关注。 许多国家设计和研究了钛合金，它们广泛应用于航空航天，发动机设计，远洋船舶武器，石化，生物医学等行业。
1.1.1钛合金的分类
图1.1钛合金分类的三维相图
钛合金的分类主要根据两个要素，分别是.亚稳态的相结构和β稳定的元素比重，可分为以下三类：α型钛合金，β型钛合金和+阝型钛合金，如果细分，可分为近α型钛合金和亚稳态β钛合金。我国的钛合金牌号分别以TA、TB、TC开头,TA表示α型钛合金,TB表示β型钛合金,TC表示α+β型钛合金。图1.1为钛合金分类的三维相图。
α型钛合金中通常添加类似Al的稳定元素，以及类似Zr，Sn等的中性元素，还有类似O和N的杂质元素，这些元素可以增加β相的转变温度。钛合金的α相区域扩大，合金退火后主要是由α相组成。α型钛合金的特点是焊接性能强，高温性能稳定和蠕变强度比较高，并广泛应用于耐热合金领域。然而，由于低α相强度和无法通过热处理强化的原因，为了增加合金强度，在合金设计期间添加各种合金元素。α型钛合金的室温结构以各种形式存在：如果在单相区域进行热处理，会将表现出等轴结构;如果在β单相区域中缓慢冷却至室温，则合金结构为层状结构或“篮状”结构：如果相快速冷却至室温，则合金经历马氏体转变，形成针状马氏体结构。
β型钛合金中的添加元素通常是合金元素，如Mo，Cr，Ta等，它与α相稳定元素相反，这将降低钛合金的β转变温度和增大合金的β相区域，因此这种元素被称为钛合金β稳定元素[1]。当β稳定化元素达到一定水平时，合金在冷却过程中不会发生异构转化，并且高温β相将保持在室温。亚稳态β钛合金由于其高强度，良好的淬透性，良好的塑性韧性和低弹性模量而广泛应用于航空航天和生物医学领域。它的室温结构一般是稳定的β相，但也有一些部分。该合金含有少量的α相。稳定的β钛合金的β相稳定化元素进一步增加，并且由于其优异的耐腐蚀性而用作化学设备部件。这些合金在退火后都是稳定的β相结构。
α+β型钛合金中的退火组织为α+β双相组织,其中β相的体积分数一般在540%之间。
1.1.2钛合金中的相变
钛合金的相变种类非常多，并且复杂,钛合金的相变会直接影响到合金的相组成,进一步影响到合金的性能表现,常见的合金相变总结如下表:
编号
相变
过程
1
淬火固溶过程β相分解
a）马氏体相的生成：β→α’、α”
b）无热w相的生成：β→w无热+β
2
等温过程的β相分解
a）β→α”，α”富，α”贫
b）β→β富，β贫
3
低温过程的残余β相分解
a）等温w相的生成：β残→β+w等温
b）次生α相的析出：β残→α+β
4
目录
1.绪论
1.1 钛及钛合金 1
1.1.1钛合金的分类 2
1.1.2钛合金中的相变 3
1.2 Ti24Nb4Zr8Sn合金 4
1.3 钛合金的热处理 5
1.3.1退火热处理 6
1.3.2淬火固溶热处理 6
1.3.3时效热处理 7
1.3.4形变热处理 7
1.3.5化学热处理 7
1.4 本课题的创新点及研究内容 8
2.实验材料和研究方法
2.1实验设计 9
2.2样品制备 10
2.2.1原料选用 10
2.2.2 实验设备 11
2.2.3试样制备 14
2.3 测试方法 16
2.3.1 组织观察 16
2.3.2 性能测试 16
3.结果与讨论
3.1.数据与图片处理
3.1.1 合金组织 16
3.1.2 硬度测试结果 17
4.结论
4.1 固溶时效处理对Ti24Nb4Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
r8Sn合金显微组织的影响 19
4.2 固溶时效处理对Ti24Nb4Zr8Sn合金力学性能的影响 19
参考文献 20
致谢 21
绪论
1.1钛及钛合金
钛元素是在地球上分布比较广泛的,其质量约占地壳总质量的0.6%,在地壳存在的金属中属于第四位，仅仅次于Al、Fe、Mg三种元素。钛在自然界中主要的存在形式是金红石(TO2)和钛铁矿石( FeO. TiO2)。金属钛，常温下银白色,熔点约为1680℃,相对密度为4.54g/cm3,没有钢重，比工业中常用的轻型合金元素镁和铝稍重。钛具有同素异形转变,纯钛的相转变温度为882.5℃，以相转变温度为临界点，相转变温度以下是密排六方结构的αTi,相转变温度以上至熔点为体心立方结构的βTi。
钛和钛合金由于其优异的性能而越来越多地用作结构材料。 自1954年在美国成功设计出第一种实用钛合金Ti6Al4V（TC4）以来，钛合金具有高比强度，良好的耐热性，高耐腐蚀性，良好的低温性能和低弹性。 模量和导热性等优良性能引起了学者们的广泛关注。 许多国家设计和研究了钛合金，它们广泛应用于航空航天，发动机设计，远洋船舶武器，石化，生物医学等行业。
1.1.1钛合金的分类
图1.1钛合金分类的三维相图
钛合金的分类主要根据两个要素，分别是.亚稳态的相结构和β稳定的元素比重，可分为以下三类：α型钛合金，β型钛合金和+阝型钛合金，如果细分，可分为近α型钛合金和亚稳态β钛合金。我国的钛合金牌号分别以TA、TB、TC开头,TA表示α型钛合金,TB表示β型钛合金,TC表示α+β型钛合金。图1.1为钛合金分类的三维相图。
α型钛合金中通常添加类似Al的稳定元素，以及类似Zr，Sn等的中性元素，还有类似O和N的杂质元素，这些元素可以增加β相的转变温度。钛合金的α相区域扩大，合金退火后主要是由α相组成。α型钛合金的特点是焊接性能强，高温性能稳定和蠕变强度比较高，并广泛应用于耐热合金领域。然而，由于低α相强度和无法通过热处理强化的原因，为了增加合金强度，在合金设计期间添加各种合金元素。α型钛合金的室温结构以各种形式存在：如果在单相区域进行热处理，会将表现出等轴结构;如果在β单相区域中缓慢冷却至室温，则合金结构为层状结构或“篮状”结构：如果相快速冷却至室温，则合金经历马氏体转变，形成针状马氏体结构。
β型钛合金中的添加元素通常是合金元素，如Mo，Cr，Ta等，它与α相稳定元素相反，这将降低钛合金的β转变温度和增大合金的β相区域，因此这种元素被称为钛合金β稳定元素[1]。当β稳定化元素达到一定水平时，合金在冷却过程中不会发生异构转化，并且高温β相将保持在室温。亚稳态β钛合金由于其高强度，良好的淬透性，良好的塑性韧性和低弹性模量而广泛应用于航空航天和生物医学领域。它的室温结构一般是稳定的β相，但也有一些部分。该合金含有少量的α相。稳定的β钛合金的β相稳定化元素进一步增加，并且由于其优异的耐腐蚀性而用作化学设备部件。这些合金在退火后都是稳定的β相结构。
α+β型钛合金中的退火组织为α+β双相组织,其中β相的体积分数一般在540%之间。
1.1.2钛合金中的相变
钛合金的相变种类非常多，并且复杂,钛合金的相变会直接影响到合金的相组成,进一步影响到合金的性能表现,常见的合金相变总结如下表:
编号
相变
过程
1
淬火固溶过程β相分解
a）马氏体相的生成：β→α’、α”
b）无热w相的生成：β→w无热+β
2
等温过程的β相分解
a）β→α”，α”富，α”贫
b）β→β富，β贫
3
低温过程的残余β相分解
a）等温w相的生成：β残→β+w等温
b）次生α相的析出：β残→α+β
4
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