钛合金固态相变的归纳与讨论(I)——同素异构转变

分别从冷却和时效两个过程对钛合金的固态相变作一系统论述,指出,在冷却过程中,根据冷却速度的不同发生的主要相变有:β→α",β→α′,β→ω(althermal),β→α;时效过程中主要相变有β→β ω(isothermal)→β α,β→β β′→β α,β→α,α′→β α,α"→(β α′)→β α。并分析了这些相变的形成特点;最后就目前钛合金固态相变中易混淆的过渡相的关系进行了讨论。     

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融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→a”,β→ω,β→a,β→β＇相变,时效时,亚稳相部分或全部分解。     

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。     

显微组织类型对TB17钛合金力学性能的影响

研究了TB17钛合金不同显微组织特征在固溶态和固溶时效态时,对其相组成、室温拉伸性能和断裂韧度的影响。结果表明,TB17钛合金经不同固溶热处理并冷却到室温后,不同显微组织特征的相组成相差不大,主要由残余β相和α相组成,无β→ω相变和β→α″等非平衡相变发生;从β单相区固溶冷却后,显微组织为单一β相组织;固溶处理状态下,随着α相含量由单一β相的0提高到网篮组织的8.06%,其拉伸强度逐渐提高,而拉伸塑性下降明显。经固溶时效处理后,具有不同显微组织特征的TB17钛合金均析出了弥散分布的细片层状时效α相,其中双态组织最薄,网篮组织最厚,拉伸强度的提高是细片层状α相的厚度和等温时效后析出的细片层状α相体积分数共同作用的结果,且拉伸强度提高的幅度与析出的细片层状α相体积分数成正相关关系;片层状α相厚度与其断裂韧度成正相关关系,且固溶处理后存在的粗片层状α相的影响更大。     

加热速度对BT25钛合金α→β相变的影响

采用高精度差分膨胀仪DIL805A/D测试了BT25钛合金在不同加热速度下的线膨胀曲线,并获得了合金在相应加热速度下的β相变温度。为了验证膨胀法得到的BT25钛合金β相变温度的准确性,用金相显微镜和定量分析软件分析了β相变温度附近不同温度保温后冷却得到的金相组织中相的相对含量和组织演变规律。根据膨胀曲线分析了BT25合金在加热过程中,不同温度范围内的相变情况。最后,采用杠杆定律得到不同加热过程中BT25合金α→β相变时α相转变体积分数与温度之间的变化关系。研究结果表明:膨胀法能够准确测定不同加热速度下钛合金的α→β相变点;随着加热速度的增加,BT25钛合金α→β相变的起始温度和结束温度都升高,相变温度区间变窄,相变速率明显增大。相变速率峰值和出现峰值的温度随着加热速度的增加也增大;利用Kissinger方程计算得出了加热过程中BT25钛合金α→β相变激活能为953.15 k J·mol~(-1)。     

一种高硅Cr—Ni不锈钢热处理后的显微组织转变

研究了一种铸态σ相强化的高硅Ｃｒ－Ｎｉ不锈钢热处理后的显微组织转变。试验结果表明，在１１５０℃高温固溶状态下钢具有α＋γ双相组织；在固溶后冷却及８００℃附近时效过程中，α相和γ相不稳定，发生３种相变反应，即α→α＋σ、α→γ′＋σ及γ→γ＋σ。长期时效后，通过上述反应，最终形成以γ相为基体的γ＋σ双相组织。根据试验结果分析讨论了该钢的组织不稳定性、由α＋γ双相组织转变成γ＋σ组织的相变过程、σ相的形成及强化机制。     

新型亚稳β型Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金时效过程中ω相与α相的竞争

对一种新型亚稳β型Ti-30Nb-1Mo-4Sn(%,质量分数)合金时效过程中ω相与α相的竞争行为进行了系统研究。研究表明,Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金经固溶处理或冷轧处理后,合金的相组成均为β相和α″马氏体。固溶态和冷轧态Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金经相同的时效处理(即573 K时效2 h)后,析出产物分别为等温ω相和α相。这主要是由于冷轧后合金内部含有大量位错和晶界,这些位错和晶界在后续时效过程中抑制了等温ω相的析出,同时为α相的异质形核提供了条件,促进了α相的析出。这一发现为亚稳β钛合金时效过程中ω相与α相之间的竞争提供了直接的证据。此外,上述研究结果也清楚地表明,通过对亚稳β钛合金进行冷轧预处理,可以在后续时效过程中抑制脆性ω相析出的同时在合金中获得对力学性能有利的细小α强化相,这无疑对研发低模量和高强度兼备的新型β钛合金具有重要的意义。     

高压热处理对TC6钛合金α→β相变动力学的影响

针对高压热处理能改善(α+β)钛合金组织的问题,对TC6钛合金进行5 GPa压力,1000℃保温20 min的高压热处理,利用差示扫描量热仪(DSC)测试了高压热处理前后TC6钛合金在不同升温速率下的α→β相变温度和转变时间,根据Deloy方程和Ozawa方程分别计算其相变激活能和Avrami指数,并利用光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)对高压热处理前后TC6钛合金的组织进行观察,探讨了高压热处理对TC6钛合金中α→β相变动力学的影响。结果表明:5 GPa压力热处理能降低TC6钛合金的α→β相变温度,缩短相变时间,增大相变激活能。当合金以20℃·min~(-1)升温时,5 GPa压力热处理能使α→β相变起始温度和相变结束温度较5 GPa压力处理前分别降低了4.88和8.71℃,相变时间也减少了0.2 min。当相变体积分数为50%时,5 GPa压力处理后合金的α→β相变激活能较5 GPa压力处理前增大了155.29k J·mol~(-1),但高压热处理对α→β相变机制影响不大。其原因主要是高压热处理能增大TC6钛合金组织中的晶界密度和位错密度。     

压应力下Ti-1300合金时效过程中相变与组织演化

通过膨胀法、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等方法和技术手段研究了压应力下Ti-1300合金在等温时效过程中β_m→α+β相变动力学和组织演化规律。结果表明:压应力作用下Ti-1300合金在等温时效过程中β_m→α+β相变动力学方程可用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程表示,并拟合出来Avrami指数,用于表征相变机制;Ti-1300合金在40 MPa压应力的β_m→α+β相变机制与无应力状态下的相似;当合金在600℃时效时的相变机制为开始是在位错线上进行形核,随后形核率迅速衰减为零,随着次生α相的析出,转而在α/β界面上形核,并且形核位置很迅速又饱和,形核率再次衰减为零;而当合金在700℃时效时的相变机制主要为界面形核。但Ti-1300合金在40 MPa压应力下进行等温时效时,组织演变表现出明显的α相择优取向效应。通过分析Ti-1300合金进行双级时效的显微组织发现, Ti-1300合金在等温时效过程中引入外加压应力后,外加压应力对合金中α相应力取向效应的影响主要在α相的形核阶段,对α相的长大阶段影响不明显。     

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。     

氧化锆系的相结构和转变

ZrO2随温度变化，历经单斜，四方和立方三个相系，通过DTA分析和X衍射技术研究低温水合ZrO2和高温ZrO2的相变过程，证实了氧化锆相系变化的特性，表明ZrO2由单斜向四方转变时，产生滞后效应，其温区范围在930-1170℃之间，这是一个可逆的相转变过程，在常温下稳定的只是单斜ZrO2。在ZrO2中添加阳离子可以稳定氧化锆相系，使之在常温下获得稳定的四方面相和立方相ZrO2。用X射线衍射研究了添加阳离子固溶氧化锆的机理和稳定化的作用。还评述了氧化锆三个相结合的特性和它的差异性。     

Progress in Modeling of Phase Transformation Kinetics

Several methods representing the evolution of microstructure were introduced, which include the Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov （JMAK） equation, Internal State Variable （ISV） framework, Koistinen-Marburger （K-M） equation, modified Magee＇s rule and phase field model, etc. By combining calculation of martensite transformation kinetics, considering the selection of parameters with the effect of austenite grain size （AGS）, some suitable ways of obtaining better results have been proposed.     

预变形和时效对NiTi合金相变的影响

对Ti-50．8at％Ni形状记忆合金丝施加不同的预变形，随后在不同的温度时效，研究了预变形、时效温度与NiTi形状记忆合金的相变特性之间的关系。结果表明，预变形和时效对NiTi形状记忆舍金的相变特性有着显著的影响，可促使NiTi合金发生R相变，使NiTi形状记忆合金在较窄的温度区间内发生B2-R-B19’三种相变，为进一步研究NiTi形状记忆合金的性能提供了方便。     

再结晶和相变的交互作用对双相钢组织特征的影响

系统地研究了不同的热处理工艺对双相钢组织特征的影响。研究的结果表明,存在一个临界两相区退火温度。当退火温度高于此临界退火温度,双相钢组织表现出带状铁素体的特征;而低于临界温度的退火可以得到典型的马氏体和铁素体等轴状组织的特征,这是由于冷轧钢板在两相区退火过程中的相变和再结晶过程交互作用的结果。当相变先于再结晶发生时会形成带状铁素体。预先的低温再结晶处理可以消除铁素体带状组织。     

钼还原过程相变化研究

采用钼酸铵直接氢还原及钼酸铵先焙解然后再分段氢还原两种不同的还原方法进行了钼粉还原。通过Ｘ射线衍射方法分析了两种工艺还原过程中的反应序列及相变化规律，并讨论了不稳定相Ｍｏ４Ｏ１１对于钼粉还原过程的影响。     

机械合金化过程中的金属相变

简述机械合金的工艺特点和应用，总结了机械合金化过程中的相变规律，着重分析了过饱和固溶体的形成机制及其在随后的相变过程。     

合金元素铜对ULCB钢相变及组织结构的影响

主要以ULCB钢的化学成分为基础，通过添加不同含量的合金元素Cu，着重分析研究了合金元素Cu对ULCB钢的相变、组织结构的影响，并对合金元素Cu的作用机理进行了探讨。研究结果表明，随着钢中w(Cu)的增加，相变点Ac1、Ac3及贝氏体转变温度均呈下降趋势，试验钢的奥氏体晶粒大小及在随后淬火冷却过程中形成的贝氏体的尺寸亦随钢中w(Cu)增加而呈下降趋势，当w(Cu)增加到1．0％以上时，这种趋势有所减缓。     

锂辉石相变过程对提锂的影响

锂辉石的晶型转化焙烧（焙烧转型）是传统提锂工艺的先决条件和基础。对α-锂辉石转变为β-锂辉石晶型的过程进行热力学分析,利用HSC软件模拟探讨吉布斯自由能随温度变化的关系,结合热重谱图证明α-锂辉石的焙烧温度需高于800 ℃才能发生晶形转变,验证焙烧温度是影响焙烧转型的关键因素。考察不同焙烧条件和对锂浸出率的影响。结果表明,在焙烧温度1 050 ℃、焙烧时间60 min的条件下,锂辉石的晶转率最高可达98.94%,锂浸出率可达97.88%,并通过XRD和SEM分析锂辉石的物相和形貌变化。     

Phase Transformation Modelling and Parameter Identification from Dilatometric Investigations

The goal of this paper is to propose a new approach towards the evaluation of dilatometric results, which are often employed to analyse the phase transformation kinetics in steel, especially in terms of continuous cooling transformation (CCT) diagram. A simple task of dilatometry is deriving the start and end temperatures of the phase transformation. It can yield phase transformation kinetics provided that plenty metallographic investigations are performed, whose analysis is complicated especially in case of several coexisting product phases. The new method is based on the numerical solution of a thermomechanical identification problem. It is expected that the phase transformation kinetics can be derived by this approach with less metallographic tasks. The first results are remarkably promising although further investigations are required for the numerical simulations.