20MPa压应力下Ti-1300合金ω相变研究

本文采用高分辨膨胀仪DIL 805 A/D研究了20MPa压应力作用下Ti-1300合金在连续加热过程中ω相变。结果表明：20MPa压应力抑制Ti-1300合金在连续加热时ω相变,相变开始点较无应力时有一定滞后。根据Kissinger-Akahira-Sunose模型计算得出20MPa压应力作用下Ti-1300合金的ω相变的平均激活能为73KJ/mol,高于无应力条件下的平均相变激活能（55KJ/mol）,亦说明压应力对合金的ω相变有一定的抑制作用,使β→ω相变更加困难。然而连续加热转变中,随ω相转变量的增加而相变激活能逐渐减小,说明压应力对ω相变的抑制作用逐渐减弱。     

等温条件下Ti-1300合金亚稳β相的分解动力学

通过高精度膨胀法研究了固溶态Ti-1300合金在400～700℃等温条件下相变动力学。研究表明：固溶态Ti-1300合金中亚稳β相的分解动力学可用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程表征,并获得400～700℃温度范围内JMA方程的特征参数K和n,一定程度上反映了合金中亚稳β相的分解机制。当Ti-1300合金在400～420℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为β_m→β′+β→α+β;当合金在500 ～700℃时效时,亚稳β相的分解方式主要为β_m→α+β;同时在等温条件下,时效初期α相的形核率较快,且含量迅速增加,后期达到一定量后保持稳定。根据计算和试验结果,得到了Ti-1300合金在500 ～700℃等温条件下亚稳β相的分解的TTT曲线,鼻尖温度约为600℃。     

Ti-1300合金的晶粒长大行为

对Ti-1300合金在固溶处理过程中晶粒的长大行为进行系统研究。结果表明:当固溶温度低于β转变温度时,未溶解的α相使得晶粒长大缓慢;在高于β转变温度固溶处理时,晶粒随着温度升高而快速增大。晶粒长大动力表明:在840~950℃固溶处理时,β晶粒的长大规律可用D=1.13×1010 exp(-2.1×104/T)描述,且晶界迁移的表观激活能为Q=350 k J/mol。当固溶温度为840、870和900℃时,晶粒长大指数随固溶温度升高而增加,分别为0.31、0.55、0.56。     

Ti-1300合金等温时效过程中相结构和组织转变

采用OM、SEM、XRD和TEM等研究了固溶态Ti-1300合金在350~700℃等温时效过程中相结构和组织转变。结果表明,Ti-1300合金在350℃等温时效时,β相基体上开始弥散析出细小的颗粒状ω相,后期ω相消失,出现了片状的α相。亚稳β相的分解方式为:β→ω+β→α+β。在400℃等温时效1 h时,亚稳β相分离出了β′相,继续保温,β′相消失,出现了长针状α相,亚稳β相的分解方式为:β→β′+β→α+β。在500~700℃等温时效时,α相在β晶界和晶粒内亚晶界上快速形核,随着保温时间的延长,晶界α相逐渐向晶内生长为α集束,随着时效温度升高,α相的片层越厚;亚稳β相的分解方式为:β→α+β。     

Ti-1300合金室温变形行为研究

利用OM和TEM系统研究了Ti-1300合金的室温变形行为。结果表明:Ti-1300合金在不同温度下进行固溶处理后进行拉伸变形,在应力-应变曲线上没有出现双屈服的现象;Ti-1300合金因含有较多的β稳定元素引起β相的稳定性增加,在室温变形机制主要是位错滑移和孪生;塑性变形过程中位错将产生滑移、缠结和割阶等交互作用,随着塑性变形量增加10%,Ti-1300合金的显微硬度约增加210 MPa。     

非等温形变对高强度汽车钢WHT1300HF的马氏体相变的影响

通过非等温形变研究了形变参数(形变温度、形变速率、形变量)对高强度汽车钢WHT1300HF马氏体相变的影响。结果表明:非等温形变导致奥氏体的形变强化,马氏体相变阻力增大,马氏体相变开始温度(MS)下降;形变速率的增大对马氏体相变起到促进作用;形变量的增加加剧了奥氏体的形变强化,导致MS温度下降;形变开始温度对马氏体相变作用不明显。     

Ti-1300合金中β/β晶界区β→α相变晶体学特征的EBSD分析

利用电子背散射(EBSD)技术研究了近β型Ti-1300合金中次生α相的晶体学取向、几何生长方向、数量和分布与β相晶界特性之间的关系,以获悉次生α相的形核及其变体选择的本质。近β型Ti-1300合金经910℃固溶2 h+水淬处理,合金中出现一定比例的110_(_(70.5°))特殊晶界。该合金在910℃随炉缓慢冷却时,由β→α相变而来的次生α相与β相晶界的特性有明显关系。普通β/β晶界处生成的晶界α相自身取向不唯一,对自晶界α相变体形核作用不大,其两侧自晶界α相数量偏少;大角度特殊晶界110_(70.5°)两侧β晶粒存在共同的(110)面,这种取向有利于晶界α相为自晶界α变体提供异质形核,引发α变体在晶界两侧选择性生长;小角度特殊晶界11010.5°也会引发α变体选择性生长,但和大角度晶界不同,其选择性生长也可能只发生在晶界的一侧。     

热处理工艺对Ti-1300合金的组织和拉伸性能的影响

研究了Ti-1300合金经不同温度固溶+缓慢升温时效处理后的显微组织和拉伸性能.结果表明,在相变点之上和之下固溶+随炉升温时效处理后合金发生了不同的相变,对应的拉伸性能也有很大的不同.Ti-1300合金在相变点之上固溶处理后缓慢升温到500 ℃时效处理发生β→ω转变,试样强度很高,而塑性很差.Ti-1300合金在相变点之下固溶处理+随炉升温时效处理发生β→α转变,试样经随炉升温到570 ℃时效处理后的抗拉强度为1430 MPa,而延伸率也达到8%.     

剪切模式下Ti-1300合金组织及织构演变规律

通过光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等检测方法,研究等通道转角挤压变形后Ti-1300合金的组织与性能。研究结果表明:Ti-1300合金经过ECAP变形,发生晶粒转动、晶内多系滑移以及晶界处螺型位错与刃型位错的混合位错交错排列的协调作用,致使晶界不能破碎,原始晶界清晰可见,晶内出现大量的相互交错的剪切滑移带,显微组织中存在大量平行细密的板条组织以及位错团、位错胞,位错密度增大,但在整个ECAP变形过程中并未产生形变诱导ω或α″相。织构分析结果表明ECAP变形过程中Ti-1300合金初始(110)■织构逐渐转变为α织构,并形成D织构及立方织构。     

固溶温度对Ti-1300合金组织与性能的影响

研究了Ti-1300合金经不同温度固溶处理和固溶+时效处理后的组织和性能。结果表明:Ti-1300合金在固溶处理后,随着固溶温度升高,合金的抗拉强度和屈服强度逐渐降低,断面收缩率先升高后降低,断后伸长率有所升高。Ti-1300合金在850℃固溶处理可获得最佳的综合性能。通过固溶和时效处理,Ti-1300合金硬度随着固溶温度的升高而增大。当固溶处理在相变点以下时,β相中时效析出次生αs相较粗大;而固溶处理在相变点以上时,β相中时效析出次生αs相较细小且均匀。     

固溶温度对Ti-1300合金时效析出行为与性能的影响

研究了Ti-1300合金固溶处理后低速率升温时效的α相析出行为及力学性能。通过SEM、TEM和拉伸试验等手段对不同固溶温度处理的Ti-1300合金进行显微组织观察和力学性能测试。结果表明:随着固溶温度由820℃降低至790℃,初生α相(αp)的尺寸变化不明显,但是其含量(面积分数)从0.8%增至6.7%;合金经4℃/min升温速率加热到500℃时效4 h,显微组织中析出次生α相(α_s)的长度从0.098μm增加到0.440μm。此外,固溶温度降低使合金的强度与塑性均提高,拉伸断口由沿晶脆性断裂特征转变为韧窝状的韧性断裂特征。820℃固溶处理的试样其抗拉强度为1358 MPa,断后伸长率小于2%,而790℃固溶处理的试样其抗拉强度为1548 MPa,断后伸长率为10.2%,可获得优良的强塑性匹配。分析认为790℃固溶处理组织中初生α相含量较多,其尺寸为微米尺度,同时基体中时效析出的片层α_s相能产生显著的强化效果。     

热加工工艺对Ti-1300合金轧制棒材显微组织的影响

研究了轧制温度、变形量以及热处理工艺对Ti-1300合金显微组织的影响,并讨论了热加工工艺与合金组织结构以及形貌之间的联系规律。结果表明:两相区轧制后的加工态Ti-1300合金主要由等轴的β相和球状α相组成,随轧制温度向合金相变点温度的升高,α相逐渐溶解在β基体上,因而β单相区轧制的合金主要由等轴的β相晶粒组成,而合金的晶粒随变形量的增加而破碎越充分,组织也更加细小、均匀。两相区固溶处理后的Ti-1300合金在晶界和晶间析出球状以及条状α相,弥散分布于亚稳定β基体,产生细晶强化效应,而β单相区固溶处理后的合金主要由平均晶粒尺寸为60μm的等轴β相组成。两相区固溶处理后的时效态Ti-1300合金的组织主要由条状初生αp相、针状次生αs相以及β基体组成,热轧温度和变形量对时效态Ti-1300合金中αp相的形貌特征影响较小,但αp相和αs相都随时效温度的升高而不同程度的长大,针状次生αs相弥散分布在β基体上。     

等温锻造过程中Ti-1023合金的本构关系

采用Thermecmaster-Z型热加工模拟实验机对Ti-1023合金进行了等温恒应变速率压缩试验，变形温度范围为：740-820℃；变形速率为：0．001～1s^-1。在对试验数据进行系统分析的基础上，全面揭示了Ti-1023合金在等温锻造条件下的热态变形行为。分析了锻造热力参数对流动应力的影响，提出了以Zener-Hollomn参数表征的Ti-1023合金本构方程。并初步分析了Ti-1023合金等温锻造过程中显微组织演化规律。根据分析结果，Ti-1023合金等温锻造宜在略低于相变点温度下以相对高的变形速率进行。     

连续冷却条件下Ti-1300合金的组织演变与连续转变图

通过OM、SEM、TEM和EBSD研究了Ti-1300合金在连续冷却条件下组织演变规律和亚稳β相的分解形式,并采用高精度膨胀法建立了合金的连续冷却转变动力曲线。结果表明：当连续冷却速度比较缓慢时,Ti-1300合金发生β → α + β转变,并获得集束状的显微组织;而当冷却速度0.3 °C/s ＜v＜ 1.5 °C/s时,Ti-1300合金发生β → α + β + β_m,并获得细针状的α + β组织和残余的β_m相;当冷却速度大于3 °C/s时,Ti-1300合金基本获得全部β相,所以把3 °C/s认为是合金的临界冷却转变速度。在缓慢冷却过程中,Mo当量梯度是合金中α相生长主要动力。随着冷却速度的增加,Ti-1300合金的显微硬度先增加后降低,在冷却速度为0.3 °C/s时,显微硬度达到最大值。     

热力参数对Ti-17合金等温锻件显微组织和力学性能的影响

研究了富β相的α+β钛合金Ti-17,毛坯的原始状态(如组织形态、晶粒大小、均匀性)、热加工工艺路线、热处理制度及工艺参数对等温模锻件最终显微组织和力学性能的影响.结果表明,Ti-17合金等温锻造之前的自由锻预制毛坯对锻件的显微组织、力学性能有明显影响,直接采用晶粒较大的原始棒材在β相区等温锻造,锻件高倍组织中的α相呈鱼骨状,各项力学性能均较差;经自由锻预制坯的等温锻件显微组织细小而均匀,在两相区锻造时,获得细小均匀的等轴α组织;在β相区锻造时,获得细小均匀的网篮状α组织,各项力学性能满足要求.     

压应力下Ti-1300合金ω相变研究

采用高分辨膨胀仪DIL 805 A/D研究了20 MPa压应力作用下Ti-1300合金在连续加热过程中ω相变。结果表明:20 MPa压应力抑制Ti-1300合金在连续加热时ω相变,相变开始点较无应力时有一定滞后。根据Kissinger-Akahira-Sunose模型计算得出20 MPa压应力作用下Ti-1300合金的ω相变的平均激活能为73 kJ/mol,高于无应力条件下的平均相变激活能(55 kJ/mol),亦说明压应力对合金的ω相变有一定的抑制作用,使β→ω相变更加困难。然而连续加热转变中,随ω相转变量的增加而相变激活能逐渐减小,说明压应力对ω相变的抑制作用逐渐减弱。     

Ti-45Al-10Nb合金α_2+γ层状结构中的ω相

利用高分辨电镜（ＨＲＥＭ）观察了Ｔｉ－４５Ａｌ－１０Ｎｂ（原子分数,％）合金α２＋γ层状结构中的ω相。发现ω相与α２和γ片层存在着取向关系［０００１］ω／／＜１１２０＞α２／／＜１１０＞γ,｛１１３０｝ω／／（０００２）α２／／｛１１１｝γ．同时,观察到在片层中具有Ｂ８２结构的ω相进一步转变为Ｂ８８结构的ω相．片层中可能存在着α２→ω的直接转变     

Ti-50.8Ni合金的相变、形状记忆和超弹性特性

用热重分析仪、X射线衍射仪、光学显微镜、示差扫描热分析仪和拉伸试验研究了Ti-50.8Ni形状记忆合金的组织、相变、形状记忆效应(SME)和超弹性(SE)特性。结果表明,Ti-50.8Ni合金在600℃以下退火后组织呈纤维状,在该温度以上退火后组织呈等轴状。加热温度超过600℃后合金氧化加剧。随退火温度Ta升高,合金冷却/加热过程中的相变类型由A→R→M/M→R→A型向A→R→M/M→A型再向A→R/R→A型转变(A—奥氏体,R—R相,M—马氏体),合金的M相变温度升高,R相变温度降低,M相变热滞降低,合金室温特性由SME+SE向SE转变。形变温度Td<20℃时,合金弹簧呈SME+SE,Td>30℃时,合金弹簧呈SE。随Td升高,合金弹簧的应力诱发M应力升高。     

热处理对Ti-49.8Ni-1.0Co超弹性合金相变行为的影响

用示差扫描量热仪研究了Co对Ti-Ni合金相变特性的影响,以及退火和时效工艺对Ti-49.8Ni-1.0Co(原子分数,%)合金相变行为的影响.结果表明, Co不影响Ti-Ni合金的相变类型,但降低其相变温度,以1.0Co分别取代等量Ti和Ni后,该合金的马氏体相变温度分别降低了109和22℃. 350-450℃退火态Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却/加热时发生A→R→M/M→R→A(A为母相, R为R相, M为马氏体)型可逆相变: 500-550℃退火态合金发生A→R→M/M→A型相变;600℃以上温度退火态合金发生A→M/M→A型相变.随着时效时间的延长,300℃时效合金的相变类型由A→R→M/M→R→A向A→R/R→A转变;400℃时效合金的相变类型由A→R/R→A向A→R→M/M→R→A再向A→R→M/M→A转变;500℃时效合金的相变类型则保持A→R→M/M→A型不变.给出了退火温度及其时间和时效温度及其时间对R和M相变温度和热滞的影响规律.     

Ti-50.1Ni形状记忆合金相变与形变行为

用热重分析仪、X射线衍射仪和拉伸试验研究了退火温度、变形温度对Ti-50.1Ni形状记忆(SME)合金丝的相变、形变的影响.Ti-50.1Ni合金加热氧化过程中温度超过600℃后氧化加剧,故退火温度不宜超过600℃.该合金奥氏体相变开始温度(As)高于室温,室温相为马氏体,呈SME特性.350～600℃退火态Ti-50.1Ni合金在室温下均呈SME.