热处理对Ti-1300钛合金组织与性能的影响

论文摘要

Ti-1300合金是西北有色金属研究院最近新研制出的一种超高强钛合金。该合金具有良好的可锻性和高淬透性,在1300MPa强度级别下具有良好的塑性和韧性匹配。该类型合金在固溶和时效过程中相变过程比较复杂,合金的组织和性能对热处理制度较为敏感。由于该合金是新合金,所以对其研究很少,这会限制其在航空航天工业领域的应用。基于上述考虑,本文研究了Ti-1300合金经常规固溶时效处理、固溶+随炉升温热处理以及固溶+锡浴时效处理后的显微组织和拉伸性能,采用X射线、OM、SEM、TEM等多种手段对Ti-1300合金固溶时效过程中的相变规律进行了研究,以期为该合金的应用提供一些参考。研究表明,Ti-1300合金在相变点之上固溶处理后为单一的等轴β组织,并且随着温度的降低,晶粒尺寸也在减小;相变点之下固溶处理后在β基体上析出颗粒状和针状α相。Ti-1300合金经790℃固溶+570℃时效处理后强度和塑性达到最佳匹配,这是因为在570℃时效时,相变驱动力和溶质原子扩散速度对α相变共同产生作用,使相转变速度达到最高值,组织中α相含量增多,使组织细化。Ti-1300合金在850℃固溶+随炉升温至400℃时开始发生β→ω转变,升温至500℃时,大部分β相已经转变成ω相,还有极少量α相的存在,当在570℃保温4小时后,ω相全部转变成α相。产生的ω相使得合金的强度迅速升高,而塑性却变差。因此,为使Ti-1300合金达到较好的强度和塑性的匹配,时效处理时应避免发生ω相变,故而时效处理温度应选择在500℃～600℃之间,时效时间选择在4小时左右。Ti-1300合金经850℃固溶+锡浴时效处理后发生β→α相转变,形成细晶强化,使合金的强度增加,塑性也得到提高。在β→α相转变过程中,晶界是优先形核的地方,这是因为晶界的切变阻力大,并且缺陷很多,这样可以产生能量差,保证α相的晶核出现。经锡浴处理后的Ti-1300合金比Ti-B19和Ti-B20具有更快的时效响应特征,并且其时效响应速率显著高于BETA-C、Ti-15-3等商用亚稳β钛合金。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钛及钛合金概述
• 1.1.1 纯钛的性能及特点
• 1.1.2 α和α+β钛合金及其分类
• 1.1.3 β钛合金及其分类
• 1.2 钛合金热处理时相变
• 1.2.1 钛合金的相结构
• 1.2.2 钛合金相变的基本类型
• 1.2.3 β钛合金在快冷时的转变
• 1.2.4 β钛合金在慢冷时的转变
• 1.2.5 时效过程亚稳定相的分解
• 1.3 β钛合金的应用
• 1.3.1 β钛合金在生物医用领域的应用
• 1.3.2 β钛合金在航空航天工业中的应用
• 1.4 本课题意义及研究内容
• 第二章 材料和试验方法
• 2.1 实验材料制备
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 实验方案的流程图
• 2.2.2 实验热处理制度
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 力学性能测试
• 2.3.2 金相组织观察
• 2.3.3 透射电镜微观组织观察
• 2.3.4 扫描电镜微观组织观察
• 2.3.5 X衍射相分析
• 2.3.6 合金相变点测定
• 第三章 常规热处理对Ti-1300合金组织和性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 固溶处理对合金显微组织和力学性能的影响
• 3.2.1 固溶处理后合金的XRD分析
• 3.2.2 固溶处理后合金的显微组织
• 3.2.3 固溶处理后合金的SEM组织
• 3.2.4 固溶处理后合金的力学性能
• 3.2.5 固溶处理后合金的断口分析
• 3.3 固溶+时效处理后合金的显微组织和力学性能
• 3.3.1 固溶+时效处理后合金的显微组织
• 3.3.2 固溶+时效处理后合金的硬度值
• 3.3.3 固溶+时效处理后合金的拉伸性能
• 3.4 本章小结
• 第四章 随炉升温热处理对Ti-1300合金组织和性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 随炉升温处理对合金显微组织和力学性能的影响
• 4.2.1 随炉升温处理后合金的XRD分析
• 4.2.2 随炉升温处理后合金的显微组织
• 4.2.3 随炉升温处理后合金的SEM观察
• 4.2.4 随炉升温处理后合金的TEM观察
• 4.2.5 随炉升温处理后合金的拉伸性能
• 4.2.6 随炉升温处理后合金的硬度
• 4.2.7 随炉升温处理后合金的拉伸断口形貌
• 4.3 分析与讨论
• 4.4 本章小结
• 第五章 锡浴时效处理对Ti-1300合金组织和性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 锡浴时效处理对合金显微组织和力学性能的影响
• 5.2.1 锡浴时效处理后合金的显微组织
• 5.2.2 锡浴时效处理后合金的SEM观察
• 5.2.3 锡浴时效处理后合金的TEM观察
• 5.2.4 锡浴时效处理后合金的硬度
• 5.2.5 锡浴时效处理后合金的拉伸性能
• 5.2.6 锡浴时效处理后合金的拉伸断口形貌
• 5.3 分析与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录: 攻读硕士学位期间发表的论文