稀土元素对钛合金的影响

1、稀土元素原始合 金原始合金中各个组分的含量添加稀 土元素 的含量稀土元素的 添加方式稀土元素 在合金中 的存在形 式稀土元素对原始合金的性能影响YTi600Ti-6Al-2.8Sn-4Zr-0.5Mo-0.4Si0.1%YAl-Y 中间合金高温工作温度可达600 C ;室温抗拉强度1068MPa;屈服强度 1050MPa;延伸率 11%;Ti-6Al-3Sn-3Zr-0.5Mo-0.35Si0.3%YAl-Y 中间合金以Y2O3的形式存在于晶内和晶界细化合金晶粒尺寸；氧化表面均匀、致密、平整，氧化物颗粒细小; 0.3%Y的添加促进了致密的Al2O3保护层的形成，改善了合金的 抗氧化性；加入Y后

2、，合金的流动性由于原始合金；硬度值由373.7 提高到471.3，压缩强度由1764MPa增加到2083 MPa,提高了 319 MPa，而屈服强度和压缩率也有所提高TC4Ti-6Al-4V0.02% ；0.1% ；0.038%Y2O3(0.03 %Y)； 0.3%Y ；0.075%Y2O3(0.06 %Y);0.114%Y2O3(0.09 %Y)金属Y、Y2O3Y2O3加入0.02%Y (0.1%Y)时，合金晶粒平均直径由0.52mm减小至 0.062mm (0.0222mm)；加入Y或Y2O3都可以使合金的晶粒尺寸 变小，延伸率增大至近1倍，抗拉强度由855MPa最高增加至896MPa工业

3、纯钛0.022%；0.049%；0.059%；0.116%Y金属 Y(99.9%)加入稀土元素Y后峰温向高温移动，峰高下降。IMI829Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si0.2%YAl-Y 中间合金Y的氧化物加Y厚，可细化合金显微组织和晶粒；在合金中由弥散的沉淀小颗 粒物；室温抗拉强度为996.7MPa，相比加Y前有所下降；热处理 后具有550C高温蠕变性能。Ti-14Al-21Nb0.1%YAl-Y 中间合金加Y厚，可细化合金显微组织和晶粒；在合金中由弥散的沉淀小颗 粒物；热处理后700C、800C的高温力学性能都很好。Ti-23Al-25Nb0.3%YAl

4、-Y 中间合金以Y2O3的形式存在于晶内和晶界细化了合金晶粒尺寸(6-8倍)；加Y后合金氧化表面均匀、致密、 平整、氧化物颗粒细小;添加稀土 Y后的合金抗氧化性能显著提高， 氧化增重曲线遵循抛物线规律，氧化膜厚度变薄，氧化增重量减 少;800C以上温度时，稀土 Y对合金的抗氧化性能的影响不明显； 850C氧化截面观察发现Ti-23Al-25Nb合金氧化膜呈循环逐层氧化 规律,加入Y后氧化膜粘附性提高，且厚度减小；Ti-45Al-5Nb0.3%YAl-Y 中间合金YAl2细化了合金晶粒尺寸；加Y后合金氧化表面均匀、致密、平整、氧 化物颗粒细小;添加Y后，合金由粗大的全层片组织变为细小的等轴 晶层

5、片组织，层片间距减小，增加了网络状或点状析出相，并且合 金层片晶团尺寸较原始合金明显减小；Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.5Mo0.3%YAl-Y 中间合金YAl2极大改善了 Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.5Mo合金的抗氧化性,氧化层粘附性 提高;基体/氧化层界面大量出现波浪形，增加了氧化层与基体的接触 面积，也可以提高氧化层的粘附性；NbTi500.1%Y ；0.2%Y;0.3%Y金属Y细化晶粒，且随着Y含量的增加细化效果越好；硬度和强度降低； 塑性提高；Ti-47Al-2Nb0.1%Y ；0.3%Y;0.5%Y;0.8%Y ；1.6%Y;金属YYAl2;少量Y2O30.1-0.8

6、%Y合金的一次枝晶间距随Y含量的增加而减小，含1.6%Y合金的一次枝晶间距略有升高。二次枝晶间距随Y含量的 增加而减小。Y先与合金中的O发生反应，当Y的含量达到 0.5.%时，Y在吸收合金中O的同时，也开始与Al反应，生成 Al-Y化合物。当Y含量在0.1-0.3%时，压缩应力、压缩应变和硬 度随Y含量的增加而增加，超过0.3%Y的合金的压缩应力、压缩应变随 着Y含量的增加而降低。合金的硬度在0.3-0.8at.%Y时随Y含 量的增加而显著下降，1.6%Y合金的硬度又得到了上升。Ti-47Al-5Nb0.1%Y ；0.3%Y;0.5%Y;0.8%Y ；金属YYAl2;少量Y2O30.1-0.5

7、%Y合金的一次枝晶间距随Y含量的增加而减小，含0.8%Y合金的一次枝晶间距略有升高。二次枝晶间距随Y含量的 增加而减小，最后趋于平缓趋势。少量的Y首先与O发生反应， 当Y的含量达到0.3%时，也开始与Al反应生成Al-Y化合物。1.6%Y;该合金的压缩应力并没有随着Y含量的变化有很大的提高。压缩 应变以Y含量为0.3at.%时为分界，当Y含量小于0.3at.%时，压 缩应变随Y含量的增加而增加；当Y含量大于0.3at.%时，则相 反。硬度大致随Y含量的增加而上升。CeTC4Ti-6Al-4VCe盐，阳极氧化阳极氧化膜完整；氧化膜层厚度由原来的1|J m增至2|J m；提 高氧化膜抗点蚀能力。纯

8、钛0.1%CeCe-Y中间合 金CeO2氧化铈周围的位错环为1/31120型的间隙环。其惯习面为1120； 位错环移动所需临界切应力为7.8x10-4G。NdTi-6Al-3Sn-3.6Zr-0.5Mo-0.45Si0.0% ；0.5% ；1.0% ；1.5%NdAl-Nd中间合金Nd固溶在钛 合金中Nb元素的质量分数1.0%时，合金的组织为网篮组织，室温压缩性 能出现峰值，抗压强度为1772.93MPa，屈服强度为1068.34MPa， 压缩率为36.38%；BT18YTi-6.5Al-2.5Sn-4Zr-0.7Mo-0.25Si -0.7W1.0%NdAl-Nd中间合金高温工作温度可达55

9、0-600CTi55Ti-5Al-4Sn-2Zr-1Mo-0.25Si1.0%NdAl-Nd中间合金高温工作温度可达550CTi53311STi-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Mo-0.3Si1.0%NdAl-Nd中间合金高温工作温度可达550CTi60Ti-5.8Al-4.8Sn-2Zr-1Mo-0.35Si0.85%NdAl-Nd中间合金高温工作温度可达600CGdTi633GTi-6.5Al-3Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo0.2%GdAl-Gd 中间合金Gd2O3添加0.2Gd可使IMI829合金的平均8晶粒尺寸由500p m减小到 100M m,并抑制高温下8晶粒长大。；蠕变能

10、力提高近1倍;提升了合金抵抗氧化的能力；强度降低，塑 性提高；热稳定性提高；疲劳性能分散性较小；TC4Ti-6Al-4V0.25%-1.0%Gd；Al-Gd中间合金固溶添加0.251.0wt%Gd,产生0.56p m的稀土沉淀物粒子，随着Gd含 量的增加,沉淀物粒子尺寸增大，数量增多，并且以长条状分布于晶界 处；含Gd量大于0.5wt%的合金是难以锻造的；IMI829Ti-5.5Al-3.5Sn-3Zr-1Nb-0.3Mo-0.3Si0.1%-1.0 %GdAl-Gd中间合金固溶沉淀物粒子的尺寸和分布的不均匀性随Gd含量的提高而增加；Gd 可细化该合金的组织，能同时提高IMI829合金的室温及

11、540C下的 拉伸强度和塑性；添加0.2wt%Gd,能获得最佳的室温和高温拉伸性 能。高含量的稀土 Gd不降低IMI829合金的可锻性和拉伸塑 性；含lwt%Gd的IMI829合金，其室温延伸率达10.7%,断面收缩率 达 23.0%.Ti-47Al-2Nb0.15% ；0.3%Gd金属GdGd-O和Gd-Al化合物当Gd含量为0.15%时，合金的一次和二次枝晶间距最小。0.3%Gd 合金的一次和二次枝晶间距增大。含Gd合金的稀土相形貌均呈颗 粒状，条状，岛屿状三种形态。0.15%和0.3%Gd合金中均含有 Gd-O和Gd-Al化合物。0.15%Gd合金的压缩应力、压缩应变、 硬度均得到很大程

12、度的提高。但0.3at.%的Gd均使合金的压缩应 力、压缩应变和硬度下降。Ti-47Al-5Nb0.15% ；0.3%Gd金属GdGd-O和Gd-Al化合物当Gd含量为0.15%时，合金的一次和二次枝晶间距最小。0.3%Gd 合金的一次和二次枝晶间距增大。含Gd合金的稀土相形貌均呈颗 粒状，条状，岛屿状三种形态。0.15%和0.3%Gd合金中均含有 Gd-O和Gd-Al化合物。0.15%Gd合金的压缩应力、压缩应变、 硬度均得到很大程度的提高。但0.3at.%的Gd均使合金的压缩应 力、压缩应变和硬度下降。ErTi-47Al-2Nb0.2% ；0.4%Er金属ErEr-O 和Er-Al化合 物

13、合金的一次和二次枝晶间距均减小，合金的析出相由点状，棒状， 分布不均匀的形态变为颗粒状，条状和岛屿状。含 有Er-O和 Er-Al化合物；合金的压缩应力、压缩应变和硬度均随Er含量 的增加而降低。Ti-47Al-5Nb0.2% ；0.4%Er金属ErEr-O和Er-Al化合 物合金的一次和二次枝晶间距均减小，合金的析出相由点状，棒状， 分布不均匀的形态变为颗粒状，条状和岛屿状。合金的析出相较均 匀；含有Er-O和Er-Al化合物；0.2at.%Er合金的压缩应 力、压缩应变和硬度得到了显著的提高，0.4at.%Er合金的性能降低， 但仍比Ti-47Al-5Nb合金的要高。Ti-16Al-27Nb0.3% ；0.6% ；