TA15和TA2钛合金富氧α层生成机制-论文.pdf

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1、第34卷第2期航空材料学报Vo1．34．No．22014年4月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSApril2014TAI5和TA2钛合金富氧0【层生成机制于浩，张晓清，吴睿，刘勇，侯丽华，周易，宋体杰(1．沈阳飞机工业(集团)有限公司理化测试中心，沈阳110850；2．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001)摘要：研究TA15和TA2两种Ot型钛合金不同热处理条件下富氧层的形成。讨论合金中富氧0【层的生成动力学和热力学。利用光学显微镜观察富氧Ot层并测量其厚度。结果表

2、明，加热温度和保温时间均影响钛合金中富氧(It层的形成，且温度为主要因素。富氧o【层的厚度生长动力学曲线呈抛物线型，受氧扩散控制。计算出TA15和TA2钛合金富氧层的生成激活能，分别为146．48kJ／mol和59．97kJ／mol，说明TA2钛合金更易生成富氧相。产生这种差异的主要原因是TA15的合金类型及合金元素的添加有助于阻止氧元素在0【相中的扩散。建立TA15钛合金富氧层厚度一温度一时间的关系曲线。关键词：钛合金；富氧仅层；动力学；生成激活能doi：10．3969／j．issn．1005—5053．

3、2014．2．006中图分类号：TG146．23；V252．2文献标识码：A文章编号：1005-5053(2014)02-0029-06钛合金是一种重要的航空航天结构材料。钛合的检测手段则是解决实际工业问题急需的理论基础金零部件通常需要进行高温热加工或热处理。在热研究¨¨J，因此有必要研究富氧Ot层的生成动力学加工或热处理过程中，钛合金表面会吸附气氛中的和热力学，了解其生成的控制因素、厚度增长速率等氧形成富氧仅层。富氧层的存在通常不利于钛问题，建立富氧Ot层生成曲线。合金的使用，缩短合金的使用寿命。已有研究

4、表明本工作采用TA15和TA2两种典型的0【型钛合富氧层的存在会严重降低TC4钛合金螺栓的应金，对富氧层的生成和生长阶段的组织形貌进行力承载能力，更易导致材料断裂⋯。观察，研究影响富氧0【层生成的温度和时间因素以对钛合金富氧层的形成和控制可提高合金及其生成动力学和热力学。同时，利用实验所得数的使用效率，目前有研究表明在零件表面制备抗氧据建立TA15钛合金富氧层厚度与温度和时间之间化涂层可对高温氧化环境中服役的钛合金零部件起的三维关系曲线。到有效的防护效果-z。但制备涂层过程中应注意钛合金表面吸氧而形成富氧层

5、。当前绝大部1实验材料及方法分钛合金零部件的生产工艺未考虑控制富氧0【层的生成，而是采取机械加工或化学切铣的方法去除采用TA15和TA2两种典型的型钛合金进行生成的层。同时国外的研究表明，采取短脉冲激实验，TA15化学成分见表1，TA2是Ti含量(质量分光去皮的方法可去除钛合金表面的富氧层。数)不小于99．5％的纯钛。试样为热轧退火态，TA15目前国内检测钛合金富氧0【层的方法主要有金相钛合金的原始组织为退火后的条状组织，见图1a，法和硬度法。关于钛合金富氧d层生成的研究TA2钛合金原始组织为等轴组织，见图

6、1b。试样尺主要集中在氧化物数量及其对表面性能的影寸为10mm×10mm×5mm。两种钛合金均进行响和吸氧后的氧化增重等方面，对于钛合600oC．700℃。750oC，800oC，850oC，900oC6种温度保金富氧0【层生成的原因、不同合金类型富氧Ot层生温，每个温度均进行5min，lOmin，30min，60rain，成的难易程度、富氧层的厚度预测等研究较少，120min，180min6个保温时间的实验。空气炉加热，而富氧层形成的原因、增厚的速率以及行之有效空冷。而后试样经抛光腐蚀(腐蚀液为HF+HN

7、O水溶液，HF：HNO：水(体积比)=2：3：95)后使用O-收稿日期：2013-04—28；修订日期：2013-08-29LYMPUSPMG3光学显微镜进行金相组织观察并测量作者简介：于浩(1957一)，男，研究员，主要从事材料热工艺富氧层的厚度。根据富氧层厚度和保温时间、温研究，(E—mail)yhaoo618@163．com。度的关系，确定富氧层的生成动力学和热力学。34航空材料学报第34卷层组织及硬度的影响[J]．金属热处理，2010，35(1)：ticaluse『J]．MaterialsChina

8、，2010．5(5)：14—17．)1O6—109．[12]马红岩，王茂才，冯端亮，等．三种钛合金的高温渗氧(BAIXF，WEIYP，XINSW，eta1．Efectofheattreat-行为[J]．金属热处理，2003，28(7)：1—5．mentonsublayermicrostructureandhardnessofTC6titani—(MAHY，WANGMC，FENGDL，eta1．Oxygenper—