Ti-15-3合金织构形成规律及对弹性各向异性影响的研究

论文摘要

Ti-15-3（Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）合金是80年代初研制成功的新一代亚稳定β型钛合金,具有较高的强度一重量比和良好的冷轧和冷成形能力,可以加工成板材、带材、管材、棒材和丝材等中等复杂程度的钣金零件。在Ti-15-3合金的加工过程中,产生的织构将导致各向异性,其严重影响力学、加工性能,同时由于Ti-15-3合金弹性模量小,回弹大等特点,从而给Ti-15-3合金的加工带来极大的不便。为此,通过织构调控,消除不良影响,改善Ti-15-3合金的性能,成为Ti-15-3合金材料研究者关注的重要课题。本文针对Ti-15-3合金板材,通过织构测试、金相组织观察、透射电子显微观察等分析手段,研究了在64%冷轧下的冷轧织构类型及其组份强度,以及在不同再结晶退火工艺条件下的再结晶织构类型、组份强度的演变规律及机制,从而为织构的控制、改善Ti-15-3合金的性能提供指导和帮助。同时,通过弯曲回弹实验、弹性各向异性计算来定性和定量的分析织构和弹性各向异性之问的关系,为该合金板材在成形加工提供参考。研究结果表明,64%冷轧的Ti-15-3合金织构主要表现为旋转立方织构。对冷轧板在固溶温度进行再结晶退火,在空气炉加热时,再结晶过程中形成γ纤维织构,并且随着晶粒的正常长大,γ纤维织构特征明显,同时亦形成了不均匀的{114}纤维织构;在加热速度较快的盐浴炉加热的情况下,再结晶进程加快,γ纤维织构形成于再结晶晶粒的正常长大过程中,且只有γ纤维织构的发展。再结晶γ纤维织构的形成主要归因于“择优形核”和“择优生长”的结果,其低∑值重位晶界在γ纤维织构的形成过程中起着重要作用;在分级加热再结晶退火中,经历不同的分级加热,可形成了不同的织构组份,其中高斯织构组份主要形成于高温分级加热之后的晶粒长大的过程中。通过Ti-15-3合金板材弯曲回弹实验、弹性各向异性的计算可知,织构对Ti-15-3合金板材弹性各向异性存在很大影响,单一γ纤维织构的板材轧向弹性模量与横向弹性模量基本一致,而具有其他织构的板材都表现出了一定的弹性各向异性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 钛及其合金发展现状
• 1.2 钛及其合金成形性能
• 1.3 织构
• 1.3.1 织构的定义
• 1.3.2 体心立方金属形变织构
• 1.3.3 体心立方金属再结晶织构
• 1.4 关于钛及其合金织构的研究
• 1.5 再结晶织构与晶界特征分布
• 1.6 织构的三维取向分布函数分析法
• 1.6.1 三维取向分布函数
• 1.6.2 利用极图计算 ODF
• 1.6.3 体心立方金属晶粒取向分布图（ODF）的诠释
• 1.7 弹性各向异性计算分析研究现状
• 1.7.1 织构与弹性各向异性关系
• 1.7.2 弹性各向异性的计算
• 1.8 本文研究的目的与内容
• 第2章 试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 冷轧
• 2.2.2 退火制度
• 2.3 材料测试分析
• 2.3.1 腐蚀液的配制
• 2.3.2 金相组织观察
• 2.3.3 织构的 X-射线法测定
• 2.3.4 亚结构观察及微取向分析
• 2.4 弯曲回弹试验
• 2.5 弹性各向异性计算分析
• 第3章 Ti-15-3合金不同热处理条件下的再结晶织构
• 3.1 原始态的Ti-15-3合金的组织及织构
• 3.2 冷轧态下的Ti-15-3合金的组织及织构
• 3.3 空气炉再结晶退火下的Ti-15-3合金织构的转变
• 3.4 盐浴炉再结晶退火下的Ti-15-3合金织构的转变
• 3.5 分级加热再结晶退火下的Ti-15-3合金织构的转变
• 3.6 亚结构及微取向分析
• 3.6.1 冷轧 Ti-15-3合金样品的亚结构形貌
• 3.6.2 盐浴再结晶退火5s时Ti-15-3合金样品的亚结构形貌
• 3.6.3 300℃回复下的Ti-15-3合金样品的亚结构形貌及微取向
• 3.7 分析与讨论
• 3.7.1 Ti-15-3合金冷轧织构形成分析
• 3.7.2 Ti-15-3合金再结晶织构的形成机制
• 3.8 本章小结
• 第4章 Ti-15-3合金回弹测试与弹性各向异性分析
• 4.1 弯曲回弹试验
• 4.2 弹性各向异性计算
• 4.2.1 弹性各向异性计算原理
• 4.2.2 弹性各向异性计算结果
• 4.3 分析讨论
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文