Studie über die Wirkung des Si-Elements auf die thermische Stabilität von Titanlegierungen

Die Auswirkungen von Si auf die thermische Stabilität von drei TiSi-Binärlegierungen mit unterschiedlichen Si-Gehalten wurden untersucht, indem 100 Stunden lang thermische Expositionsexperimente bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt und die thermische Stabilität der Legierungen anhand mechanischer Eigenschaften charakterisiert wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass unter den experimentellen Bedingungen die Zugabe des Si-Elements die Zugfestigkeit der Legierungen erhöht, und je höher der Si-Gehalt, desto höher die Festigkeitssteigerung: während des thermischen Einwirkungsprozesses, wenn die thermische Einwirkungstemperatur höher als 450 ist Grad zeigt die Zugfestigkeit von Ti-Si-Legierungen einen abnehmenden Trend und sie zeigen die schlechteste thermische Stabilität nach 500 Grad/100 Stunden thermischer Einwirkungsbehandlung, wobei die Dehnung der Ti-0.4 Si-Legierungen abnimmt auf 28,0 %. TiSi, das durch Diffusion und Dimerisierung von Si-Elementen entsteht, ist der Hauptfaktor, der die thermische Stabilität von Ti-Si-Legierungen beeinflusst.
Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit, geringen Dichte und guten Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Petrochemie, der Biomedizin und anderen Bereichen eingesetzt. Ein großer Teil der Titanlegierungen sind Hochtemperatur-Titanlegierungen, die hauptsächlich zur Herstellung von Triebwerksteilen für die Luft- und Raumfahrtindustrie wie Blattscheiben und Rotorblättern verwendet werden, die für die Verbesserung des Schub-Gewichts-Verhältnisses von Flugzeugen wichtig sind. Gegenwärtig liegt die Anwendungstemperatur ausgereifter Hochtemperatur-Titanlegierungen hauptsächlich bei 600 °C, und die von verschiedenen Ländern entwickelten Hochtemperatur-Titanlegierungen sind hauptsächlich Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Titan vom nahen Alpha-Typ Typische Legierungen sind IMI834 des Vereinigten Königreichs, Ti-1100 der Vereinigten Staaten, BT36 der Russischen Föderation sowie Chinas Ti-600- und Ti-60-Legierungen und so weiter.
Unter dem Einfluss hoher Temperaturen verändert sich die Legierungsorganisation, was sich in Veränderungen in der Organisation und der Morphologie der Ausscheidungen zeigt. Die thermische Stabilität kann verwendet werden, um die Fähigkeit einer Legierung zu charakterisieren, ihre Eigenschaften bei hohen Temperaturen beizubehalten, und bestimmt die Temperatur, bei der die Legierung verwendet werden kann. Verschiedene Legierungselemente haben unterschiedliche Auswirkungen auf die thermische Stabilität, daher ist es notwendig, das geeignete Legierungselement auszuwählen. Si ist aufgrund seiner einzigartigen Rolle bei der Kriechfestigkeit ein unverzichtbares Element in Hochtemperatur-Titanlegierungen. Derzeit enthalten Hochtemperatur-Titanlegierungen mit einer Temperatur von 400 Grad und vor allem Si, und der Si-Gehalt der britischen Titanlegierung IMI834 hat sogar 0,5 % erreicht, während der Si-Gehalt der chinesischen TG6 Die Hochtemperatur-Titanlegierung hat ebenfalls 0,4 % erreicht. Laut Seagles Forschung handelt es sich bei Si jedoch um ein eutektisches B-stabiles Element, das eine Rolle bei der Mischkristallverfestigung spielt und sich auch in Form von Siliziden in der Titanlegierungsmatrix oder den Korngrenzen ausscheidet, wodurch sich das Verformungsverhalten der Legierung verändert und beeinflusst seine thermische Stabilität. TA1-, Ti-0.2Si- und Ti-0.4Si-Legierungen wurden als Forschungsobjekte verwendet, um den Einfluss von Si-Elementen auf ihre thermische Stabilitätsleistung zu untersuchen und den Einfluss des Ausscheidungsverhaltens von Si-Elementen zu klären zur thermischen Stabilität bei thermischer Belastung.
Abschluss
(1) Das Si-Element kann die Körnung einer Ti-Si-Legierung verfeinern und hat offensichtlich eine verstärkende Wirkung auf die Legierung. Mit zunehmendem Si-Gehalt nimmt die Korngröße von Ti-Si-Legierungen deutlich ab, die Festigkeit nimmt deutlich zu und die Plastizität nimmt ab; Die Festigkeit von Ti-0.2Si- und Ti-0.4Si-Legierungen nimmt im Verlauf der thermischen Einwirkung zunächst zu und dann ab, während die Festigkeit von Ti-0.4Si-Legierungen erheblich abnimmt Beide Legierungen weisen nach 100-stündiger thermischer Einwirkung bei 500 Grad die schlechteste Plastizität auf. Die Festigkeit von Ti-0.4Si-Legierungen nimmt nach thermischer Einwirkung deutlich ab, und die Plastizität von Ti-0.4Si-Legierungen ist nach thermischer Einwirkung am schlechtesten.
(2) Ti-0.2Si- und Ti-0.4Si-Legierungen sind hauptsächlich TiSi-Phasen, die nach thermischer Einwirkung ausgeschieden werden. Die Vordiffusion des Si-Elements im Prozess der Wärmeeinwirkung ist der Hauptgrund für die Bildung der TisSi-Phase, und die allmählich wachsende TiSi-Phase ist der Hauptgrund für die Erhöhung der Legierungsfestigkeit und die Abnahme der Plastizität. Bei thermischer Belastung über 500 °C führt die wachsende agglomerierte TiSi-Phase zu einer Abnahme der Koordination der Korngrenzen, was zu einer Abnahme der Festigkeit von Ti-Si-Legierungen führt.
(3) Die Größe und Verteilung der TisSi-Phase beeinflusst die Festigkeit und Plastizität der Legierung. Beeinflusst durch die Korngröße und den Si-Atomgehalt, TiSi, gibt es in den Legierungen Ti-0.2Si und Ti-0.4Si erhebliche Unterschiede in Größe und Verteilung, hauptsächlich in der Ti{{5} }.4Si-Legierungsausscheidungen an den Korngrenzen, während bei Ti-0.2Si-Legierungen innerhalb des Korns und der Korngrenzen ausgeschieden werden.