化工用TA2高溫拉伸力學性能研究

  21世紀以來,能源緊缺及環(huán)境污染問題已成為全人類共同的危機。在化工裝備領域,壓力容器的輕量化趨勢已成為主導方向。隨著國家十大產業(yè)振興規(guī)劃的實施,與之相關的鈦及鈦合金在化工裝備領域的應用將邁入快速發(fā)展的階段。化工中的各種換熱器、塔器、反應釜等都已經用到工業(yè)純鈦,比如鈦換熱器、鈦凝汽器、鈦合成塔、鈦脫硫塔等。在各種鈦材中,尤其是工業(yè)純鈦TA2在化工領域的應用將更為廣泛。對工業(yè)純鈦日益廣泛的需求,已使針對純鈦性能方面的研究日益受到國內外學者的重視,并成為有色金屬材料研究中的一個重要的前沿領域。

  近年來,國內外學者雖然對TA2的蠕變性能、微觀組織等進行了相關的研究,但是,當TA2作為化工用材時,難免會經歷化工設備中溫度過高等非常規(guī)狀態(tài),因此對TA2在高溫條件下的力學性能進行研究是非常必要的??蒲腥藛T立足于TA2在高溫階段的力學性能,通過分析不同溫度、不同應變速率等參數(shù)條件下的TA2應力-應變曲線,結合微觀組織測試,研究TA2的最大抗拉強度、彈性模量等主要力學性能參數(shù),以期為TA2在化工領域的應用提供一定的基礎數(shù)據(jù)支撐。

  所需的TA2材料均經過退火。所采用的分析儀器包括光譜直讀分析儀、維氏硬度分析儀、高溫拉伸試驗機、光學顯微鏡等。試驗結果表明:

 ?。?)TA2材料硬度均勻,常溫下維氏硬度平均值為174.6。TA2在常溫下之所以具有較好的力學性能表現(xiàn),是與其緊密連接的微觀組織分不開的。觀察發(fā)現(xiàn)放大400倍時,其主要粒徑長度在25~50μm范圍內,最大的晶粒長度可達到50μm,最小為15μm,多數(shù)晶粒的粒徑為25μm左右。這些數(shù)據(jù)表明,退火后的TA2晶粒粒徑分布較為均勻,且形狀較為規(guī)則,大多為多邊形。
 ?。?)溫度一定時,隨著應變速率的增加,TA2的最大抗拉強度呈現(xiàn)增長趨勢。TA2的最大抗拉強度受溫度的影響更為明顯。當溫度從300℃升高到1000℃時,最大抗拉強度值由183.34MPa衰減到3.38MPa,且在500~600℃時出現(xiàn)大幅衰減。因此,高溫階段溫度的升高對TA2的最大抗拉強度值影響十分顯著,且500~600℃是TA2力學性能出現(xiàn)嚴重衰減的臨界溫度,這在化工方面需引起足夠的重視。
 ?。?)同一溫度下,TA2的彈性模量E隨著應變速率的升高整體呈現(xiàn)上升趨勢;溫度越高,這種上升趨勢越明顯。當應變速率一定時,TA2的彈性模量隨溫度的升高而減小,其變化趨勢與最大抗拉強度的變化趨勢非常相似,同樣在500~600℃時出現(xiàn)大幅衰減。