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汽车用粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al合金的研究
| 论文题名： | 汽车用粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al合金的研究 |
| 关键词： | 粉末冶金钛合金;稀土元素添加;烧结行为;断面收缩率 |
| 摘要： | 本文采用元素混合法烧结及粉末锻造方法制备Ti-Fe-Mo-Al合金零件，用热膨胀仪分析了其收缩/膨胀特性、用DTA热分析，X射线衍射(XRD)分析，SEM、TEM电镜及力学性能检测等分析手段研究了材料的致密化过程、力学性能和显微组织。研究了不同合金元素Fe、Mo、Al及添加稀土元素Nd对粉末钛合金烧结行为及力学性能的影响，并得到了烧结性能和力学性能优良的粉末钛合金。同时，还研究了添加第二相颗粒原位生成TiC颗粒增强Ti-Fe-Mo-Al合金的组织与性能，试制了粉末冶金钛合金汽车进、排气阀座。得出了如下结论： 1)合金元素铝由于偏扩散产生空洞，降低了粉末钛的烧结致密度。合金元素铁能促进致密化过程，但铁使粉末钛的显微组织严重粗化，导致其室温塑性显著降低。合金元素Mo有利于粉末钛的显微组织细化，从而提高了钛合金的拉伸性能。 2)稀土元素钕可促进粉末钛及钛合金的致密化，并可细化晶粒。烧结后稀土钕以氧化物颗粒形式存在于钛基体中。颗粒尺寸从几百纳米到20微米，起到了弥散强化作用。同时稀土元素夺取了钛基体中的氧，使氧的国溶强化作用减弱，同时提高了粉末钛合金基体的塑性，二者共同作用的结果使强度变化不大，而延伸率得到大大改善。不含稀土的粉末钛合金室温延伸率在4-6％左右，添加稀土后纯钛及Ti-Fe-Mo-Al合金的延伸率达到14-21％，相当于该合金锻造退火态性能水平。 3)粉末锻造Ti-Fe-Mo-Al合金的强度和延伸率与粉末烧结同成分合金的相当，而断面收缩率及疲劳强度比烧结钛合金有明显提高。 4)根据合金元素对粉末钛烧结致密化促进作用及对合金性能的影响，设计了新型低成本的粉末冶金Ti-1.5Fe-2.25Mo-1.2Nd-0.4Al合金。该合金烧结态室温拉伸性能达到了熔锻钛合金TC4的水平。 5)阐明了Cr3C2在粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al中的行为和作用。在新设计的Ti-1.5Fe-2.25Mo-1.2Nd-0.4Al合金中添加Cr3C2粉末，能原位生成TiC颗粒，同时Cr固溶到Ti中，形成TiCr固溶体。随着Cr3C2粉末含量的增加，合金中分布在晶界处的TiC颗粒数量增加，阻碍了基体晶粒的长大，使得钛合金晶粒细化。该合金中存在条状TiC第二相及细小的稀土氧化物第二相，使合金的强度得到提高，但延伸率降低。 6)通过粉末锻造和颗粒强化，可显著提高粉末钛合金的耐磨性能，所研制的粉末冶金钛合金阀座材料耐磨性优于其它材料，其高温耐磨性更为优越。新合金的零件应用研究展示出该合金的广泛应用前景。 |
| 作者： | 汤慧萍 |
| 专业： | 材料学 |
| 导师： | 黄伯云 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中南大学 |
| 学位年度： | 2004 |
| 正文语种： | 中文 |
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