Исследование влияния элемента Si на термическую стабильность титановых сплавов

Влияние Si на термическую стабильность трех бинарных сплавов TiSi с различным содержанием Si исследовали путем проведения экспериментов по термическому воздействию при разных температурах в течение 100 ч и характеризации термической стабильности сплавов по механическим свойствам. Результаты показывают, что в условиях эксперимента добавление элемента Si увеличивает прочность сплавов на разрыв, и чем выше содержание Si, тем выше повышение прочности: во время процесса термического воздействия, когда температура термического воздействия выше 450 градусов, предел прочности сплавов Ti-Si демонстрирует тенденцию к снижению, и они демонстрируют худшую термическую стабильность после 500 градусов/100 часов термической обработки, среди которых удлинение В сплавах Ti-0,4Si снижается до 28,0%. TiSi, образующийся в результате диффузии и димеризации элементов Si, является основным фактором, влияющим на термическую стабильность сплавов Ti-Si.
Титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, нефтехимической, биомедицинской и других областях из-за их высокой прочности, низкой плотности и хорошей коррозионной стойкости. Большая часть титановых сплавов представляет собой жаропрочные титановые сплавы, которые в основном используются для изготовления деталей авиационных двигателей, таких как пластинчатые диски и лопасти, которые важны для улучшения соотношения тяги-к-веса самолетов. В настоящее время температура применения зрелых жаропрочных-титановых сплавов в основном составляет 600°C, а жаропрочные-титановые сплавы, разработанные в различных странах, представляют собой в основном титановые сплавы Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si вблизи-альфа-типа, типичными из которых являются титановые сплавы IMI834 Великобритания, Ti-1100 из США, а также китайские сплавы Ti-600, Ti-60 и так далее.
Под воздействием высоких температур организация сплава изменяется, о чем свидетельствуют изменения организации и морфологии выделений. Термическая стабильность может использоваться для характеристики способности сплава сохранять свои свойства при высоких температурах и определяет температуру, при которой сплав можно использовать. Различные легирующие элементы по-разному влияют на термическую стабильность, поэтому необходимо выбирать соответствующий легирующий элемент. si является незаменимым элементом в жаропрочных титановых сплавах из-за его уникальной роли в сопротивлении ползучести. В настоящее время жаропрочные титановые сплавы с температурой 400 градусов и выше содержат Si, а содержание Si в британском титановом сплаве IMI834 даже достигло 0,5%, в то время как содержание Si в китайском жаропрочном титановом сплаве TG6 также достигло 0,4%. Однако, согласно исследованиям Сигла, Si является эвтектическим B-стабильным элементом, который играет роль в упрочнении твердого раствора, а также выделяется в виде силицидов в матрице титанового сплава или границах зерен, изменяя деформационное поведение сплава и влияя на его термическую стабильность. Сплавы ТА1, Ti-0,2Si и Ti-0,4Si использовались в качестве объектов исследования для изучения влияния элементов Si на их термостабильные характеристики, с целью выяснения влияния дисперсионного поведения элементов Si на термическую стабильность при термическом воздействии.
Заключение
(1) Элемент Si может измельчать зерно сплава Ti-Si и оказывать очевидное упрочняющее воздействие на сплав. С увеличением содержания Si размер зерна сплавов Ti-Si существенно уменьшается, прочность существенно возрастает, а пластичность снижается; прочность сплавов Ti-0,2Si и Ti-0,4Si в процессе термического воздействия сначала увеличивается, а затем снижается, тогда как прочность сплавов Ti-0,4Si существенно снижается, причем оба сплава являются худшими по пластичности после термического воздействия при 500 градусах в течение 100 ч. Прочность сплавов Ti-0,4Si значительно снижается после термического воздействия, а пластичность сплавов Ti-0,4Si после термического воздействия наихудшая.
(2) Сплавы Ti-0,2Si и Ti-0,4Si в основном представляют собой фазы TiSi, выделяющиеся после термического воздействия. Смещенная диффузия элемента Si в процессе теплового воздействия является основной причиной образования фазы TisSi, а постепенно растущая фаза TiSi является основной причиной повышения прочности сплава и снижения пластичности. При термическом воздействии выше 500°С растущая агломерированная фаза TiSi приводит к снижению координации границ зерен, что приводит к снижению прочности сплавов Ti-Si.
(3) Размер и распределение фазы TisSi влияют на прочность и пластичность сплава. На влияние размера зерна и атомного содержания Si, TiSi, фазы в сплавах Ti-0,2Si и Ti-0,4Si в размерах и распределении имеется значительная разница, в основном в сплаве Ti-0,4Si выделения на границах зерен, в то время как в сплавах Ti-0,2Si выделяются внутри зерен и границ зерен.