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本文主要研究了Ti46A18Nb0.5B0.2C合金的组织及高温氧化行为,主要包括两方面:一是研究合金在不同热处理制度下的组织演变,得到理想的组织;二是研究合金在不同温度、不同氧化阶段下的高温氧化行为,揭示合金的高温氧化机制。研究内容及研究结果如下:
研究了Ti46A18Nb0.5B0.2C合金铸态、热等静压后的组织及其连续冷却相变,探讨了固溶温度、冷却速度对合金组织转变的影响。结果表明:合金铸态及热等静压后的组织都为γ和α2相组成的全片层组织,片层团晶粒内部与片层团晶界处存在细小的条状白色相TiB2。合金在1380℃固溶1h水冷发生α→α2相变,油冷主要发生α→α2相变和部分α→α+γp1→γm相变,空冷发生α→α+γp2→L(α+γ)→L(α2+γ)相变和炉冷发生α→α+γp3→L(α+γ)→L(α2+γ)相变。合金在1400℃固溶1h水冷主要发生α→α2相变和部分α→α+γp4→γm相变,油冷发生α→α+γp5→γm相变,空冷发生α→α+γp6→L(α+γ→L(α2+γ)相变和炉冷发生α→α+γp7→L(α+γ)→L(α2+γ)相变。油冷时,固溶温度越高,块状组织γm的体积分数越高。
研究了固溶时间、时效温度、时效时间对Ti46A18Nb0.5B0.2C合金淬火-时效组织的影响,采用优化的淬火-时效热处理工艺细化了合金热等静压后的组织,探讨了直接热处理细化合金组织的机理。结果显示:淬火-时效组织为紊乱组织,固溶时间短,组织细小,硼化物尺寸小;时效温度高,片层组织细小均匀,晶界处的α2相、γ相均匀细小;时效时间延长,层片团尺寸逐渐增大,不连续粗化组织逐渐增多。最佳淬火-时效热处理工艺为:1400℃1hOQ+1300℃3hAC;直接热处理细化合金热等静压组织的机理在于高温淬火得到大量的块状组γm和少量未转变的层片,破坏了γ相和α之间存在特定的位相关系。高温淬火组织在α+γ两相区时效,未转变层片直接转变为γ相;γm内存在大量层错、位错微观缺陷,为时效过程新α板条的析出提供了丰富的形核位置,有利于得到均匀细小的组织。
研究了Ti46A18Nb0.5B0.2C合金在不同温度、不同阶段的高温氧化行为及氧化层的组成结构,探讨了合金的氧化层生长机制。合金在900℃氧化100h后氧化层厚度大约为4μm,氧化层从外到内依次为:不连续的Al2O3层/Al2O3+TiO2混合层/富Nb层/基体。Ti46A18Nb0.8B0.2C合金在1000℃氧化100h后氧化层厚度大约为5μm,氧化层从外到内依次为:TiO2/Al2O3+TiO2/氮化物层/基体。合金在900℃的氧化过程大致分为四个阶段:TiO2的优先生长阶段、TiO2层的长大、Al2O3层及Ti富集区的形成阶段、TiO2层下氮化物层的形成阶段及氧化层与基体界面间Nb富集层的形成阶段。合金在不同温度下的氧化动力学方程为:900℃,△M1.381=0.00192t(0≤t≤100h)1000℃,△M2.0076=0.31637t(0≤t≤100h).