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内燃机用粉末烧结Ti–21.5Nb合金组织与力学性能研究

汇报人：

2024-01-25

引言

实验材料与方法

Ti–21.5Nb合金粉末烧结组织

Ti–21.5Nb合金粉末烧结力学性能

合金组织与力学性能关系探讨

结论与展望

引言

Ti–21.5Nb合金是一种具有优异力学性能和良好生物相容性的钛合金，广泛应用于航空航天、生物医疗等领域。

粉末烧结技术是一种先进的金属成型技术，可以制备出具有复杂形状和高性能的金属零件。

内燃机是现代交通工具的核心部件，其性能直接影响着汽车的动力性、经济性和环保性。

将粉末烧结Ti–21.5Nb合金应用于内燃机领域，可以提高内燃机的性能和寿命，具有重要的研究意义和应用价值。

国内外对Ti–21.5Nb合金的研究主要集中在合金的制备工艺、组织结构和力学性能等方面。

粉末烧结技术已经成功应用于多种金属材料的制备，但在Ti–21.5Nb合金的制备方面研究较少。

目前，国内外对粉末烧结Ti–21.5Nb合金的组织与力学性能研究尚处于起步阶段，需要进一步深入探索。

未来，随着粉末烧结技术的不断发展和完善，以及Ti–21.5Nb合金在内燃机领域的广泛应用，相关研究将会更加深入和广泛。

研究目的：通过粉末烧结技术制备Ti–21.5Nb合金，并研究其组织与力学性能，为内燃机领域的应用提供理论支持和技术指导。

研究内容

粉末烧结Ti–21.5Nb合金的制备工艺研究；

粉末烧结Ti–21.5Nb合金的组织结构研究；

粉末烧结Ti–21.5Nb合金的力学性能研究；

粉末烧结Ti–21.5Nb合金在内燃机领域的应用前景分析。

实验材料与方法

01

原材料

采用高纯度Ti粉和Nb粉，按照Ti–21.5Nb合金的化学计量比进行混合。

02

粉末特性

粉末颗粒大小均匀，形状规则，无明显的团聚现象。

03

合金成分

确保合金成分准确，采用光谱分析等方法进行成分验证。

粉末混合

01

将Ti粉和Nb粉在球磨机中进行混合，以获得均匀的粉末混合物。

02

压制成形

将混合后的粉末在模具中进行压制，形成所需形状的生坯。

03

烧结过程

将生坯在真空或保护气氛下进行烧结，通过控制烧结温度和时间，得到致密的合金材料。

采用金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等方法观察合金的显微组织。

组织观察

通过X射线衍射（XRD）等方法确定合金的相组成。

相组成分析

进行拉伸、压缩、硬度等力学性能测试，以评估合金的力学性能。

力学性能测试

Ti–21.5Nb合金粉末烧结组织

Ti–21.5Nb合金粉末颗粒多呈不规则形状，表面粗糙，具有较大的比表面积。

粉末颗粒形状

粉末颗粒尺寸

粉末颗粒成分

粉末颗粒尺寸分布范围较广，从几微米到几十微米不等，平均粒径在10-20微米之间。

粉末颗粒主要由Ti和Nb元素组成，其中Nb元素含量较高，达到21.5%。

03

02

01

烧结温度对组织的影响

01

随着烧结温度的升高，粉末颗粒逐渐熔化并相互连接，形成连续的基体组织。同时，Nb元素在基体中的扩散速度加快，促进了合金的均匀化。

烧结时间对组织的影响

02

烧结时间越长，粉末颗粒之间的连接越紧密，基体组织的致密度越高。此外，长时间的烧结有助于消除合金中的残余应力，提高合金的力学性能。

烧结气氛对组织的影响

03

在真空或保护性气氛下进行烧结，可以避免合金的氧化和污染，有利于获得纯净的合金组织。

Ti–21.5Nb合金粉末烧结力学性能

硬度测试方法

采用维氏硬度计进行测试，加载载荷为300g，保压时间为15s。

测试结果

Ti–21.5Nb合金粉末烧结后的硬度值在300-400HV之间，随着烧结温度的升高和保温时间的延长，硬度值逐渐降低。

结果分析

硬度值的变化与烧结过程中的相变、晶粒长大和孔隙率等因素有关。在烧结初期，随着温度的升高和保温时间的延长，合金中的β相逐渐转变为α相，同时晶粒逐渐长大，导致硬度值降低。此外，孔隙率的存在也会对硬度值产生一定的影响。

拉伸性能测试方法

采用电子万能试验机进行测试，拉伸速率为0.5mm/min。

测试结果

Ti–21.5Nb合金粉末烧结后的抗拉强度在600-800MPa之间，延伸率在10%-20%之间。随着烧结温度的升高和保温时间的延长，抗拉强度和延伸率均逐渐降低。

结果分析

拉伸性能的变化与烧结过程中的相变、晶粒长大和孔隙率等因素有关。在烧结初期，随着温度的升高和保温时间的延长，合金中的β相逐渐转变为α相，同时晶粒逐渐长大，导致抗拉强度和延伸率降低。此外，孔隙率的存在也会对拉伸性能产生一定的影响。

采用电子万能试验机进行测试，压缩速率为0.5mm/min。

Ti–21.5Nb合金粉末烧结后的抗压强度在1200-1600MPa之间，压缩率在40%-60%之间。随着烧结温度的升高和保温时间的延长，抗压强度和压缩率均逐渐降低。

压