鈦合金TiH2分解法液態(tài)置氫技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、氫處理技術(shù)利用氫在鈦合金中的特性，把氫做為臨時(shí)性合金元素改善鈦合金的組織和加工性能。本文提出了一種與固態(tài)置氫不同的液態(tài)置氫方法，將氫處理技術(shù)和ISM熔煉技術(shù)相結(jié)合，在ISM熔煉過(guò)程中將氫化鈦以添加劑的形式置入到鈦合金熔體中凝固得到置氫鑄錠或鑄件。分析熔煉室壓強(qiáng)、加熱功率、氫化鈦料棒的置入方式和成分以及冷卻方式等工藝參數(shù)對(duì)液態(tài)置氫過(guò)程的影響。研究了液態(tài)置氫對(duì)Ti6Al4V合金凝固組織的影響，鑄錠中存在的縮孔和氣孔及其形成原因，并研究了液態(tài)

2、置氫對(duì)Ti6Al4V合金加工性能的影響。
　　理論上分析了鈦合金液態(tài)置氫過(guò)程的三個(gè)階段：(1)氫化鈦料棒懸掛在水冷銅坩堝的上方并下降至接觸熔體的階段，即氫化鈦加熱分解的過(guò)程；(2)氫化鈦料棒從接觸熔體到完全溶入熔體并保溫階段，即氫化鈦溶解的過(guò)程；(3)含氫鈦合金的凝固過(guò)程。研究結(jié)果表明，液態(tài)置氫后鈦合金中的氫含量主要與置入熔體中氫化鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和液態(tài)置氫過(guò)程的保溫時(shí)間有關(guān)。
　　研究了氫化鈦以粉末狀置入到合金熔體中液態(tài)置氫后

3、，Ti6Al4V合金凝固組織的演變規(guī)律及其機(jī)理。發(fā)現(xiàn)液態(tài)置氫后合金的成分變化不大，凝固組織由α相、β相和δ氫化物相組成；液態(tài)置氫后合金宏觀組織為等軸晶，置入氫化鈦量小于1.25wt.％，隨置入氫化鈦量的增加宏觀組織逐漸細(xì)化，平均晶粒尺寸減少約50%，且α/β片層組織明顯細(xì)化；置入氫化鈦大于3.75wt.%，凝固組織的晶界明顯寬化。并發(fā)現(xiàn)面心立方結(jié)構(gòu)的δ氫化物在α片層上以針狀析出，且隨置入氫化鈦量的增加而逐漸增多。
　　研究了氫化鈦

4、壓制成棒置入到合金熔體中液態(tài)置氫后，Ti6Al4V合金凝固組織的演變規(guī)律。液態(tài)置氫后合金凝固組織由α相、β相和δ氫化物相組成，隨著置入氫化鈦量的增加，β相和δ氫化物相的衍射峰數(shù)量明顯增多，表明組織中兩相的含量增多。氫化鈦壓制成棒置入到合金熔體中液態(tài)置氫后合金的宏觀組織為不規(guī)則粒狀組織，顯微組織中針狀α相組成的片層結(jié)構(gòu)，隨置入氫化鈦量的增加而逐漸增多并細(xì)化。
　　研究了液態(tài)置氫后Ti6Al4V合金鑄錠中縮孔和氣孔的形成規(guī)律及其機(jī)制。

5、氫化鈦以粉末狀置入到合金熔體中液態(tài)置氫后，鑄錠中縮孔內(nèi)表面可見(jiàn)氣泡逸出形成的漣漪狀形貌，但無(wú)較大的氣孔存在。氫化鈦壓制成棒置入到合金熔體中液態(tài)置氫后，鑄錠中縮孔內(nèi)表面上除氣泡逸出形成的漣漪狀形貌外，還可見(jiàn)彌散分布的較大氣孔。同時(shí)，其顯微組織中也存在彌散分布的氣孔，并隨置入氫化鈦量的增加而逐漸增多。
　　研究了氫化鈦以粉末狀置入到合金熔體中液態(tài)置氫，對(duì)Ti6Al4V合金硬度、流變應(yīng)力和沖擊斷裂斷口形貌的影響。液態(tài)置氫后 Ti6Al4

6、V合金的宏觀硬度顯著降低，但隨著置入氫化鈦量的增加，其宏觀硬度呈逐漸上升的趨勢(shì)；置入TiH2量小于1.25wt.%范圍內(nèi)，液態(tài)置氫后 Ti6Al4V合金晶界處的顯微硬度明顯低于晶粒內(nèi)，且置入氫化鈦量相同時(shí)，液態(tài)置氫過(guò)程保溫時(shí)間延長(zhǎng)，其晶界處和晶粒內(nèi)的顯微硬度均降低，晶界處的顯微硬度降低約40%。相同的應(yīng)變速率和變形溫度下，隨置入氫化鈦量的增加，置氫Ti6Al4V合金的流變應(yīng)力逐漸降低；隨應(yīng)變速率的升高，合金的流變應(yīng)力逐漸提高；隨變形溫度