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Nd对钛合金热稳定性的影响

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浏览:- 发布日期:2016-07-27 19:32:38【

高温钛合金具有优异的热强性、低的密度和良好的耐蚀性,在航空航天领域多用来制造航空发动机的压气盘、机匣等。目前,国外600℃高温钛合金研究成果已用于航空发动机上,如英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。我国研制的600℃高温钛合金Ti60和Ti600合金性能已达到国际先进水平,高温钛合金的进一步发展受到热强性和热稳定性限制。600℃高温钛合金几乎全是Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Si系近α型

高铝当量合金,这种合金会有较高的蠕变强度及瞬时拉伸强度,但经长期使用后热稳定性会有不同程度的下降。高温长时暴露过程中的表面氧化和内部显微组织的变化会显著降低合金的热稳定性。目前,高温钛合金的另一个发展趋势则是加入稀土元素。我国在这方面做了很多研究,例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd,向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd,在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金热稳定性主要是通过稀土元素与合金基体中的氧作用,形成复杂化合物,净化合金基体,从而提高合金热强性和热稳定性。

为了获得综合性能较好的合金,现设计研制出一种加Nd新型600℃高温钛合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%),合金的特点是同时含有Mo和Nb两种β稳定元素和一种稀土元素Nd。

实验合金均为真空自耗电弧炉两次熔炼得到的5kg铸锭,经测定相变点为(1045±5)℃,两种合金铸锭均在β相区开坯,反复镦拔后经两相区最终精锻成直径为20mm的棒材。对两种合金均采用1000℃×1h/AC+700℃×2h/AC的热处理制度,热暴露试验是将热处理后的合金棒加工成拉伸试样在空气循环箱式炉中600℃下放置100h而完成,对热暴露前后的拉伸试样进行室温拉伸测试。

稀土Nd加入合金中,主要以含有O、Nd、Sn三种元素的稀土相颗粒形式存在,平均尺寸不到6μm,为高温稳定相。合金中弥散分布的稀土相颗粒减小了合金平均晶粒尺寸,并且可以阻碍界面及位错运动,起到提高合金强度的作用。稀土相中含有大量的O和Sn元素,降低合金基体的铝当量,从而抑制了α2相的大量析出,改善了合金热稳定性。