热处理对tc4合金组织和性能的影响【字数：10536】
钛合金是一种性能优秀的轻质结构材料，具有优异的综合性能。其作为α-β型两相钛合金,含有6%的α稳定元素Al和4%的β稳定元素V,密度小、耐冲击、抗裂纹扩展性和抗疲劳强度较好、耐腐蚀性能和焊接性能好等。随着航空航天事业的发展，整体性能优良，轻量化程度高的复杂部件在各个方面得到了大量应用，成为了新型航空航天材料结构的核心。本文以TC4钛合金为研究对象，利用箱式电阻炉进行不同热处理参数的工艺，制备出600℃、800℃、950℃、1100℃的不同参数的热处理试样。借助倒置金相显微镜观察分析了热处理温度变化时显微组织的变化，探究了不同热处理参数下试样性能变化的根本原因，通过显微硬度的测定和准静态压缩实验，研究经过热处理，TC4合金的性能变化规律。
目录
第1章 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2 TC4合金的研究进展 1
1.3 TC4合金 2
1.3.1 TC4合金的主要类别 2
1.3.2 TC4合金的热处理方法 3
1.3.3 TC4合金的力学性能 3
1.4 本论文研究的主要内容 4
第2章 实验部分 5
2.1 试验材料及器材 5
2.2 原材料的准备 6
2.2.1 钛合金板的切割 6
2.2.2 钛合金金相显微样品的制备 7
2.3 样品的制备 8
2.3.1 箱式电阻炉 8
2.3.2 箱式电阻炉操作过程 8
2.4 倒置金相显微镜的观察 9
2.5 显微硬度的测定分析 10
2.6 静态压缩实验 11
2.7 密度测定 12
2.8本章小结 13
第3章TC4合金的热处理和微结构分析 14
3.1 样品的宏观形貌 14
3.2 TC4合金的热处理和微结构分析 14
3.2.1 未处理TC4合金的微结构分析 14
3.2.2 600℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 15
3.2.3 800℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 16
3.2.4 95 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
0℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 17
3.2.5 1100℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 17
3.3 本章小结 18
第4章TC4合金的力学性能分析 19
4.1引言 19
4.2 TC4钛合金显微硬度的测定分析 19
4.3 TC4钛合金的准静态压缩分析 20
4.4 本章小结 23
结论 25
参考文献 26
致谢 27
第1章 绪论
1.1课题研究的目的和意义
目前世界各国对于钛合金的热处理研究方向，主要是淬火过时进行的同素异构转变，转变的同时，由于合金自身材料的不同以及热处理温度参数的不同，发生的主要相变也有所不同。材料组成不同的钛合金在不同的热处理条件下 ，各个相组织成分的数量均不相同。并且不同冷却速率对Ti6Al4V合金的同素异构转变过程也会产生巨大影响。根据研究表明，当冷却速率在380500℃/s时，合金中少量α相转变为β相，进行马氏体转变；而当冷却速率达到为30420℃/s时，合金中的成分会进行块状转变[1]。
采用高温变形热处理方法研究了热处理对TC4钛合金组织和力学性能的影响。为了提高钛合金的强度和韧性，开发了α+β型钛合金。实验结果表明，向α + β合金中添加稳定性质的元素可明显增强α和β相。α+β合金具有常温下综合性能高于一般合金，热处理条件优异，可进行各种温度的热处理试验，适用于航空航天锻件[2]。α +β型钛合金退火结构为次生β相 其中β相含量一般为4％~30％。然而，由于其组织成分易受影响而发生改变，不能进行过高温度的处理。所以焊接性能相比于α型钛合金的可焊性较低。
本课题探究了热处理后TC4钛合金的组织性能，通过显微硬度测试和压缩实验推导TC4合金的性能变化规律，为这种钛合金的理论研究和实际应用方面打下基础。
1.2 TC4合金的研究进展
钛及钛合金以其优异的综合机械性能，在航空航天、车辆船舶，国防事业等行业得到了高度重视和广泛的应用。国外一直十分重视新型钛合金的发展。近年来，国外更加重视钛合金的性能改性和挖掘潜力。我国自钛合金研究开发之初，就开始关注新型钛合金的发展。现在的方向主要是创新和模仿[3]。
由于大型航空发动机压缩机对300350摄氏度工作材料的需求，俄罗斯轻金属研究所研究了同时添加锡和锆来改善BT22钛合金疲劳强度和蠕变性能的方法。这种新合金根据成分来定名为Ti5ai5mo5v1fe1cr1.7sn25zr，命名牌号为BT37。bt37合金的锻造强度和抗拉强度均比bt31合金高。用BT37合金制作出的机器部件相比较BT31和BT6合金，在300350℃下工作时质量会降低15%30%[4][5]。
国外也非常重视高强度钛合金的研究。钛5553作为一种高强度的近β钛合金，由于该合金具有较好的淬透性，目前在工业生产和生活运用中已经替代了1023合金，大量应用于飞机起落架以及生活中。作为俄罗斯和airbus公司合作研制的一种全新高强度、高韧性合金，其性能十分优秀。目前已应用于飞机零部件中[6]。
国内方面，TC21是西北有色金属研究所最新开发的一种强度高的钛合金。目前已经完成了基础开发。在室温以及强度等条件合适的前提下，大型锻件的断裂韧性在90MPa 110Mpa[8]。由此可见，TC21合金的力学性能十分良好，强度、韧性，抗拉强度，疲劳断裂强度等均符合要求。是一种强度和韧性均超出同等合金的具有损伤容限结构的优秀钛合金，具有十分广阔的应用前景。其优良的性质使其逐步成为军事和民用的核心材料[9]。
1.3 TC4合金
目录
第1章 绪论 1
1.1课题研究的目的和意义 1
1.2 TC4合金的研究进展 1
1.3 TC4合金 2
1.3.1 TC4合金的主要类别 2
1.3.2 TC4合金的热处理方法 3
1.3.3 TC4合金的力学性能 3
1.4 本论文研究的主要内容 4
第2章 实验部分 5
2.1 试验材料及器材 5
2.2 原材料的准备 6
2.2.1 钛合金板的切割 6
2.2.2 钛合金金相显微样品的制备 7
2.3 样品的制备 8
2.3.1 箱式电阻炉 8
2.3.2 箱式电阻炉操作过程 8
2.4 倒置金相显微镜的观察 9
2.5 显微硬度的测定分析 10
2.6 静态压缩实验 11
2.7 密度测定 12
2.8本章小结 13
第3章TC4合金的热处理和微结构分析 14
3.1 样品的宏观形貌 14
3.2 TC4合金的热处理和微结构分析 14
3.2.1 未处理TC4合金的微结构分析 14
3.2.2 600℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 15
3.2.3 800℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 16
3.2.4 95 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
0℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 17
3.2.5 1100℃TC4合金热处理工艺和微观结构分析 17
3.3 本章小结 18
第4章TC4合金的力学性能分析 19
4.1引言 19
4.2 TC4钛合金显微硬度的测定分析 19
4.3 TC4钛合金的准静态压缩分析 20
4.4 本章小结 23
结论 25
参考文献 26
致谢 27
第1章 绪论
1.1课题研究的目的和意义
目前世界各国对于钛合金的热处理研究方向，主要是淬火过时进行的同素异构转变，转变的同时，由于合金自身材料的不同以及热处理温度参数的不同，发生的主要相变也有所不同。材料组成不同的钛合金在不同的热处理条件下 ，各个相组织成分的数量均不相同。并且不同冷却速率对Ti6Al4V合金的同素异构转变过程也会产生巨大影响。根据研究表明，当冷却速率在380500℃/s时，合金中少量α相转变为β相，进行马氏体转变；而当冷却速率达到为30420℃/s时，合金中的成分会进行块状转变[1]。
采用高温变形热处理方法研究了热处理对TC4钛合金组织和力学性能的影响。为了提高钛合金的强度和韧性，开发了α+β型钛合金。实验结果表明，向α + β合金中添加稳定性质的元素可明显增强α和β相。α+β合金具有常温下综合性能高于一般合金，热处理条件优异，可进行各种温度的热处理试验，适用于航空航天锻件[2]。α +β型钛合金退火结构为次生β相 其中β相含量一般为4％~30％。然而，由于其组织成分易受影响而发生改变，不能进行过高温度的处理。所以焊接性能相比于α型钛合金的可焊性较低。
本课题探究了热处理后TC4钛合金的组织性能，通过显微硬度测试和压缩实验推导TC4合金的性能变化规律，为这种钛合金的理论研究和实际应用方面打下基础。
1.2 TC4合金的研究进展
钛及钛合金以其优异的综合机械性能，在航空航天、车辆船舶，国防事业等行业得到了高度重视和广泛的应用。国外一直十分重视新型钛合金的发展。近年来，国外更加重视钛合金的性能改性和挖掘潜力。我国自钛合金研究开发之初，就开始关注新型钛合金的发展。现在的方向主要是创新和模仿[3]。
由于大型航空发动机压缩机对300350摄氏度工作材料的需求，俄罗斯轻金属研究所研究了同时添加锡和锆来改善BT22钛合金疲劳强度和蠕变性能的方法。这种新合金根据成分来定名为Ti5ai5mo5v1fe1cr1.7sn25zr，命名牌号为BT37。bt37合金的锻造强度和抗拉强度均比bt31合金高。用BT37合金制作出的机器部件相比较BT31和BT6合金，在300350℃下工作时质量会降低15%30%[4][5]。
国外也非常重视高强度钛合金的研究。钛5553作为一种高强度的近β钛合金，由于该合金具有较好的淬透性，目前在工业生产和生活运用中已经替代了1023合金，大量应用于飞机起落架以及生活中。作为俄罗斯和airbus公司合作研制的一种全新高强度、高韧性合金，其性能十分优秀。目前已应用于飞机零部件中[6]。
国内方面，TC21是西北有色金属研究所最新开发的一种强度高的钛合金。目前已经完成了基础开发。在室温以及强度等条件合适的前提下，大型锻件的断裂韧性在90MPa 110Mpa[8]。由此可见，TC21合金的力学性能十分良好，强度、韧性，抗拉强度，疲劳断裂强度等均符合要求。是一种强度和韧性均超出同等合金的具有损伤容限结构的优秀钛合金，具有十分广阔的应用前景。其优良的性质使其逐步成为军事和民用的核心材料[9]。
1.3 TC4合金
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