Ti-1300合金的非等温ω相变研究

通过膨胀法研究了Ti-1300合金在连续加热过程中ω相变。结果表明:Ti-1300合金在连续加热过程中低温区域发生了βM→ω+β相变,高温区域发生了βM→α+β相变,随着加热速率增大,βM→ω+β相变温度范围推向高温区域;ω相的体积转变分数与温度之间关系曲线呈典型的‘S’型;非等温ω相变的激活能随着转变体积分数增大而增加,相变阻力增大,平均相变激活能约55 k J/mol。     

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-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。     

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。     

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%.     

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℃。     

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。     

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。     

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。     

新型1200 MPa级Ti-35421合金应力腐蚀敏感性的原位电化学研究

以新型1200 MPa级Ti-35421合金(Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe)为研究对象,采用慢应变速率拉伸实验结合原位电化学监测研究了不同应变速率和阴极保护电位对其应力腐蚀开裂行为的影响。结果表明：当应变速率为1.67×10^-5mm·s^-1时Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中应力腐蚀敏感性最高,其塑性损失和应力腐蚀指数分别为27.27%和0.273;裂纹尖端钝化膜层在应力和腐蚀的共同作用下钝化保护弱于溶解,导致了应力腐蚀加剧;当外加阴极保护电位为-600mV时Ti-35421合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀敏感性最低,其最佳阴极保护电位范围为-450～-600 mV,降低了阳极共轭反应,从而使其塑性损失和应力腐蚀指数分别降低到1.01%和0.113。     

Ti-1300合金的热变形行为研究

采用Gleeble-1500型热模拟试验机对Ti-1300近β钛合金进行了等温恒应变速率压缩试验.变形温度范围为:920～1010℃,应变速率范围为:0.01～10 s-1,最大变形量为80%.根据试验数据建立了Ti-1300合金高温热变形行为的流变应力模型,得出该合金的变形激活能为177.59 kJ/mol.结合样品的显微组织分析可知,该合金在低应变速率下发生了动态再结晶,且随着温度的升高,再结晶晶粒呈现长大的趋势:在高应变速率下以动态回复为主.结果表明,为获得细小的再结晶组织,Ti-1300钛合金宜在相变点以上50～150℃的温度范围内采用较低的变形速率进行锻造.     

固溶时效处理Ti-600合金的蠕变行为研究

研究了经α+β两相区固溶+时效处理的Ti-600合金3种温度(550、600、650℃)、3种应力(250、300、350 MPa)下的蠕变性能,通过合金的稳态蠕变速率数值求解了合金的蠕变激活能和蠕变应力指数n,并引入临界应力σ0获得合金的真实应力指数p,最后对合金的蠕变机制进行了分析。结果表明,蠕变温度升高、蠕变应力增加时,Ti-600合金的稳态蠕变速率增大,稳态蠕变时间缩短。Ti-600合金的名义蠕变激活能为473.5 k J/mol。600和650℃下,合金的临界应力σ0值分别为103.1和42.1 MPa;应力指数n分别为6.5和4.9;真实应力指数p值分别为4.23和4.22。同时构建了该合金600和650℃下的稳态蠕变速率本构方程。本实验条件下合金的蠕变均为位错攀移机制。     

Ti-2.5Cu合金应力时效析出行为及其力学性能研究

对固溶处理后的Ti-2.5Cu合金施加大约200 MPa弹性压应力,同时进行时效处理。TEM观察结果表明:Ti-2.5Cu合金时效处理析出了片状的Ti2Cu强化相粒子;在未施加压应力常规时效的试样中出现了3种Ti2Cu片的变体;而在应力时效处理后的试样里,一些晶粒中只出现2种或1种Ti2Cu片的变体,即弹性应力导致了时效析出Ti2Cu粒子的变体选择效应。拉伸试验结果表明,时效析出相变体选择效应导致了合金材料的强度降低和延伸率升高。     

Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金高温变形流动应力预测模型

通过高温压缩模拟实验,分析了Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金在变形温度为850～1100℃,应变速率为0.01～10 s-1条件下的高温变形力学行为规律,并利用线性回归方法计算了不同温度范围内的应力指数n和变形激活能Q,获得了该合金高温变形力学行为计算模型.结果表明,Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金对变形温度和应变速率非常敏感.在恒温时流动应力随应变速率的增大而增大,在恒应变速率时随变形温度的升高而降低.在850～950℃时,n、Q分别为7.0874和610.463 kJ/mol;而在950～1100℃时,n=4.7324,Q=238.030 kJ/mol,该预测模型的计算值与实测值之间的相对误差分别为6.341%和6.957%.     

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