β钛合金及其固态相变的归纳

本文以钼当量为标准对国内外研制的β钛合金进行了汇总和归类。β钛合金按照亚稳定状态相组成可分为3类:稳定β型、亚稳定β型和近β型钛合金。对β钛合金热处理过程中发生的固态相变进行了归类。β钛合金经强化热处理后可能发生β→α″,β→ω,β→α,β→β′相变,时效时,亚稳相部分或全部分解。     

冷却速率对TB17钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了不同冷却速率对TB17钛合金固溶态和固溶时效态的相组成、显微组织、拉伸性能和断裂韧度的影响。结果表明：TB17钛合金以不同的冷却速率进行固溶处理后,其显微组织均由残余β相以及其上分布的尺寸不一的片层状α相组成,仅发生了β→α相变,未发生β→ω相变和β→α’’等相变;随着冷却速率的降低(由水冷到炉冷),其拉伸强度呈现逐渐增加的趋势,而拉伸塑性则先降低后升高。经固溶时效处理后,TB17钛合金的显微组织均由粗片状初生α相、残余β相以及其上弥散分布的细片层状α相组成;由于固溶冷却速率不同,使得在时效过程中析出的细片层状α相的大小和形态各不相同。随着冷却速率的降低,TB17钛合金的拉伸强度呈现逐渐减小的趋势,而拉伸塑性则呈现逐渐升高的趋势,同时断裂韧度亦呈现逐渐增大的趋势,尤其是炉冷的固溶时效态合金,其断裂韧度达到了148.06 MPa·m^1/2。     

TB17钛合金两相区等温时效析出行为研究

采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了亚稳β钛合金TB17在α+β两相区固溶处理后的等温时效析出行为，并分析了次生α相的析出位置、尺寸、形态。结果表明：TB17钛合金在350 ℃等温时效时，发生β→ω相变，ω相呈椭圆状，尺寸在3~5 nm之间；在450 ℃和550 ℃等温时效过程中，主要发生β→α相变。α相首先在亚晶界和亚晶缺陷处形核并长大，最后形成细小的棒状α相，并且两相区固溶时所保留的大量亚晶界加快了时效过程中次生α相的析出响应。     

预形变对Ti-9148合金时效过程中相变的影响

医用Ti-9148合金(Ti-19Nb-1.5Mo-4Zr-8Sn)通过真空自耗式电弧炉制备,并经过X射线衍射以及时效硬化曲线分析,研究了预形变对Ti-9148合金时效过程中相变的影响。研究结果表明:预形变对Ti-9148合金的时效硬度变化敏感。其时效硬度随时效温度升高及冷预形变的减小而减小。Ti-9148合金在873 K的相变过程为:β+α′→α+α″+β→α+β。预形变越大,这个相变过程的速度越快,且在时效30 min时,其相转变趋于完成。     

47121β-Ti合金中相变的透射电镜观察

用透射电镜研究了Ti-4Al-7Mo-10V-2Fe-1Zr亚稳β-Ti合金中的相变规律。结果表明,淬火态存在无热ω相(ω_a)。低于500℃时效,发生β→B ω_(iso)→β α转变。在400℃以下,α相均匀长大,450—500℃时效,初期由等温ω相(ω_(iso))转变的α相不再是均匀长大,在原始β相晶界和晶内局部处发生选择性长大。高于550℃时效,发生β→β α直接转变,在多数α相的片中有内挛晶。内孪晶的量随着时效时间延长或温度升高而减少,最终消失。伴随这一过程;在α相片的边缘产生台阶和错动。低温或商温转变的α相,其与β相的晶体学取向都符合Burgers关系。本工作仅在一只试样的选区衍射花样中有弧形衍射斑,这最可能是TiH_2析出的结果。     

含1α相的β—Ti合金的电子衍射花样的解释

一、前言β→α相转变是钛合金中主要的相变过程。对于合适成份的钛合金,通过适当的热处理规范,能使六方晶格α相从体心立方晶格β相中脱溶出来,合金得以强化。钛合金的β→α相转变也是一个复杂的过程,根据热处理制度不同,α相可以直接从β相中析出,也可以通过一些中间过渡相生成。C.G.Rhodes等人发现,在时效过程中     

Ti-6Al-4V-xH合金相转变的原位研究（英文）

研究在加热和冷却过程中的氢致Ti-6Al-4V合金组织转变和相转变。试样从室温加热到1273 K,随后又冷却至室温。氢含量范围为0~0.8%(质量分数)。系统研究氢致Ti-6Al-4V合金动态相变过程及相应的机制。当氢含量增大时,β相转变温度显著降低,但幅度趋缓,并且β相体积分数逐渐增加。在加热过程中,置氢Ti-6Al-4V合金的相转变可以分为三个阶段,具体的过程是:δ→α+H2↑?δ+α′→βH?α′→αH+βH?αH→α+H2↑?α→β?βH→β+H2↑。另外,也对氢含量与α′马氏体的Ms和Mf的关系进行研究。     

3 GPa压力热处理对TC6钛合金中β→α相转变动力学的影响

利用差示扫描量热仪测试了TC6钛合金经3 GPa压力下1000 ℃保温15 min高压热处理前后在不同冷却速率下的β→α相变温度和转变时间,并计算其相变激活能和Avrami指数,结合显微组织分析,探讨了3 GPa热处理对TC6钛合金中β→α相变动力学的影响。结果表明：3 GPa热处理能降低TC6钛合金β→α相变温度,缩短相变时间,随着相变体积分数的增大,高压处理样品的相变激活能先低于后高于未经高压处理样品的,但对β→α 相变机制影响不大。     

大型TA19钛合金棒材形变及相变织构模拟

密排六方结构相具有显著的各向异性特征,室温时TA19钛合金棒材中一次α相含量占70%以上,因此α相织构对TA19钛合金棒材力学性能的好坏起主要作用,有效的织构预测能够大大地降低生产成本,提高生产效率;也能帮助确定织构形成机制。本文采用宏观有限元模型和介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法,并考虑β→α相变过程,模拟了大型TA19钛合金棒材接近实际工艺条件下的锻造过程。首先模拟得到了相变点以上棒材心部、R/2和边部的β相形变织构;然后通过分析不同位置的β相织构特征,根据Burgers取向关系得到了棒材冷却过程中发生β→α相变时不同的变体选择规律,得到α相相变织构;最后结合相变后棒材心部、R/2和边部的α相织构特征,分析了不同初始取向的α晶粒在不同滑移系开动时的取向变化,并模拟得到了最终的α相形变织构。通过最终模拟结果与实际锻造结果对比,发现两者吻合良好。说明本模型对钛合金棒材锻造过程中形变及相变织构的预测具有良好的可靠性,这对钛合金锻造棒材中织构的控制与调整具有重要意义。     

HE130钛合金薄板的相变织构

用ODF分析了热处理温度对HE130钛合金薄板(属Ti-Al-Mo-V-Fe-B系,α相为主相,具有高弹性模量和高强度)α相和β相织构的影响.通过α←→β相变的Burgers关系,预测了此合金薄板内α→β→α的相变织构,理论预测和实测结果吻合较好.本研究揭示了以下规律对于(α+β)两相钛合金,如热处理温度低于Tβ,降温时,β→α相变受原始α相的影响较大,新生α相和原始α相的织构类似;如热处理温度高于Tβ,原始α相曾完全消失,降温时,β→α的相变过程较严格地按照Burgers关系进行,新α相和原始α相的织构差异较大.因此,要想通过热处理改变(α+β)两相钛合金中α相的织构,热处理温度必须高于Tβ.     

外加压应力对Ti-1300合金组织和性能的影响

研究了外加压应力作用下Ti-1300合金在等温时效和连续冷却过程中的组织演化和性能。结果表明,外加压应力对Ti-1300合金时效过程和连续冷却过程中β→α相变都有促进作用,随着压应力的增加,析出α相的数量越多且α相的厚度越小,表现出一定的择优取向效应。同时,Ti-1300合金的显微硬度也随着外加应力的增大而增大。     

TB17钛合金在等温时效过程中的相析出行为

采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和硬度测试分析了新型超高强韧钛合金TB17在等温时效过程中析出相的演变及时效响应。结果表明：该合金在350 ℃时主要发生β→β+ω相变,ω相为细小的颗粒。在450 ℃下进行时效处理时,α相通过ω相辅助形核的方式形核长大。在550和650 ℃时主要发生β→β+α相变,α相为片层状。在该温度范围内长时间进行时效处理的TB17合金存在2种类型α相,满足Burgers关系的1α相和不满足Burgers关系的2α相。其中2α相为孪晶α相,在1α相内部｛102｝孪晶面形核,并不断消耗1α相而长大。TB17钛合金的时效特征与其他β型钛合金相似。TB17钛合金的时效响应快,显微硬度随着时效温度升高呈现出先增加后降低的趋势,在450 ℃时效处理下硬度达到最大。     

基于热膨胀方法的TA15钛合金的连续冷却相转变

通过热膨胀方法研究了TA15钛合金连续冷却相转变规律.结果 表明:冷却速率为3 K/s和30 K/s是TA15钛合金的两个临界冷却速率,低于3 K/s时,冷却过程发生β→α转变,合金的室温组织为α+β集束组织;冷却速率在3～30 K/s之间时,发生β→α+α'转变,室温组织为针状α+β与α'的混合组织;超过30 K/s冷速条件下,室温组织全部为α'相.与差示扫描量热法测量结果比较,热膨胀方法所测得的相转变温度稍向低温区延伸,该方法适用于相变前后体积变化较为明显的材料.     

新型钛合金连续加热过程中的相变研究

采用热膨胀法和金相法研究了以5℃/min的加热速率连续加热某Ti-Al-Mo-Cr-Zr-Si系新型钛合金过程中的相变过程、组织演变规律以及α相→β相的转变速率。结果表明:该合金连续加热过程中,在280~505℃温度范围内,板条状α相逐渐长大,且含量逐渐增多,发生β→α相变;在505~610℃温度范围内,板条状α相变细、变短,发生由短程扩散控制的α→β相变,此阶段温度对α相→β相的转变速率影响不大;在610~930℃温度范围内,板条状α相含量明显减少,直至消失,发生由长程扩散控制的α→β相变,此阶段α相→β相的转变速率随着温度的升高明显加快,当温度达到900℃时,α相→β相的转变速率逐渐减缓。     

Ti-55钛合金连续冷却转变曲线的测绘及显微组织的演变

通过Gleeble热模拟实验,测绘Ti-55钛合金的连续冷却转变曲线(CCT图)。结果表明:当冷速由0.1℃/S加快到150℃/s时,Ti-55钛合金中主要发生β→α与β→α′的相转变过程,其中β→α′转变开始的临界冷速为5℃/s左右,Ti-55钛合金中马氏体转变开始温度为855℃,转变结束温度为818℃。     

Ti_3Al-Nb合金的有序转变SCIEI

研究了Ti_3Al-Nb合金在高温下的有序化,冷却过程高温β相转变及时效过程亚稳定β相分解的行为,结果指出,在1060℃固溶处理时,合金形成初生α_2和β高温有序相;在固溶处理后的冷却过程中,合金发生β→α_2+ω型转变;在700℃时效过程中,合金发生(β+ω型)亚稳→(α_2+β)稳定分解。     

Ti_3Al-Nb合金的有序转变

研究了Ti_3Al-Nb合金在高温下的有序化,冷却过程高温β相转变及时效过程亚稳定β相分解的行为,结果指出,在1060℃固溶处理时,合金形成初生α_2和β高温有序相;在固溶处理后的冷却过程中,合金发生β→α_2+ω型转变;在700℃时效过程中,合金发生(β+ω型)亚稳→(α_2+β)稳定分解。     

PHASE TRANSFORMATIONS IN Ti-10V-2Fe-3Al NEAR β-ALLOY DURING AGING

Ti-10V-2Fe-3Al合金水淬后,在250—450℃的时效温度范围内,随温度的升高或时间的延长,逐步发生α″→β,ω_a→ω→α,β→β+ω→β+α和β→β+α等相变过程,并波此重叠.当时效温度高于450℃,发生β→β+α转变。考察了时效组织的形态与分布,给出了α相和β相的点阵常数变化与时效温度的关系,以及硬度与时效的关系。     

近β型Ti-1300合金的显微组织分析

采用扫描电镜和透射电镜分析近β型Ti-1300钛合金在初始锻造态、固溶+淬火态(β和α+β固溶态)以及固溶+时效态下的显微组织变化。结果表明:锻造态合金中初生α相内部发生孪生切变行为,基体β相晶内发生β→α相变。合金经过α+β固溶淬火处理,残留的初生α相中仍然可观察到细小孪生α相。孪生α相有两种不同变体(α1和α2),互成60°生长方向,而且与基体α相也成60°的孪生关系,其间的晶体学取向关系为:{1120}α,twinning//{1120}α,〈 0001〉α,twinning//〈 1101〉α。Ti-1300钛合金与大多数近β型钛合金的时效特征相类似。     

热处理对TC21钛合金显微组织的影响

对TC21钛合金进行双重固溶+时效热处理,研究固溶冷却速率、温度对合金显微组织的影响。研究表明,初生α相形貌主要受一次高温固溶温度控制,高温固溶冷却速率对次生α相含量及长宽比有显著的影响。高的固溶冷却速率可以保留更多的亚稳定β相,从而在时效过程析出更多细小的次生α相,导致强度增加,塑性及韧性下降。二次低温固溶温度对合金后续的时效响应有显著的影响,高的固溶温度可以保留更多的β相,促使更多细小的转变α相在时效中析出;低的固溶热处理温度导致固溶残余β相相含量减小,时效敏感性降低。时效过程导致残余β相的分解,特别是大块亚稳定β相区。