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鈮Nd對Ti55\Ti60近α型高溫鈦合金熱穩定性的影響
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-06-23
國外600℃高溫鈦合金研究成果已用于航空發動機上，如英國的IMI834、美國的Ti-1100、俄羅斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。我國研制的600℃高溫鈦合金Ti60和Ti600合金性能已達到國際先進水平，高溫鈦合金的進一步發展受到熱強性和熱穩定性限制。
高溫鈦合金具有優異的熱強性、低的密度和良好的耐蝕性，在航空航天領域多用來制造航空發動機的壓氣盤、機匣等。目前，國外600℃高溫鈦合金研究成果已用于航空發動機上，如英國的IMI834、美國的Ti-1100、俄羅斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。我國研制的600℃高溫鈦合金Ti60和Ti600合金性能已達到國際先進水平，高溫鈦合金的進一步發展受到熱強性和熱穩定性限制。600℃高溫鈦合金幾乎全是Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Si系近α型高鋁當量合金，這種合金會有較高的蠕變強度及瞬時拉伸強度，但經長期使用后熱穩定性會有不同程度的下降。高溫長時暴露過程中的表面氧化和內部顯微組織的變化會顯著降低合金的熱穩定性。目前，高溫鈦合金的另一個發展趨勢則是加入稀土元素。我國在這方面做了很多研究，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熱穩定性主要是通過稀土元素與合金基體中的氧作用，形成復雜化合物，凈化合金基體，從而提高合金熱強性和熱穩定性。
為了獲得綜合性能較好的合金，現設計研制出一種加Nd新型600℃高溫鈦合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%)，合金的特點是同時含有Mo和Nb兩種β穩定元素和一種稀土元素Nd。本文針對Nd在本合金中的作用進行研究，實驗選用不含Nd和含0.8Nd兩種合金進行對比，進行拉伸性能及熱穩定性測試，并對組織進行觀察分析。
實驗合金均為真空自耗電弧爐兩次熔煉得到的5kg鑄錠，經測定相變點為(1045±5)℃，兩種合金鑄錠均在β相區開坯，反復鐓拔后經兩相區最終精鍛成直徑為20mm的棒材。對兩種合金均采用1000℃×1h/AC+700℃×2h/AC的熱處理制度，熱暴露試驗是將熱處理后的合金棒加工成拉伸試樣在空氣循環箱式爐中600℃下放置100h而完成，對熱暴露前后的拉伸試樣進行室溫拉伸測試。
稀土Nd加入合金中，主要以含有O、Nd、Sn三種元素的稀土相顆粒形式存在，平均尺寸不到6μm，為高溫穩定相。合金中彌散分布的稀土相顆粒減小了合金平均晶粒尺寸，并且可以阻礙界面及位錯運動，起到提高合金強度的作用。稀土相中含有大量的O和Sn元素，降低合金基體的鋁當量，從而抑制了α2相的大量析出，改善了合金熱穩定性。
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