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本文系统的研究了TC18钛合金中的亚稳β相在等温和连续冷却过程中的演化规律,最终确定了TC18钛合金的等温转变曲线和连续冷却转变曲线。
TC18钛合金是一种典型的过渡型α+β合金,其名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe,Kβ为1.176。这种类型合金具有高度的组织不均匀性(由于α相和β相在组织中的量大致相同并有高度弥散性),最大的强化处理效应以及相当大的可淬透性。本文采用Gleebe-3800热模拟机,系统的研究了TC18钛合金中亚稳β相的等温转变过程以及连续冷却转变过程,利用X射线、光学显微镜、扫描电镜以及透射电镜对亚稳β相转变组织进行鉴定与观察,初步建立了不同温度保温及不同冷却速率下,亚稳β相的转变机制;根据膨胀量-时间曲线,作出了等温转变曲线(TTT曲线)及连续冷却转变曲线(CCT曲线)。
等温转变曲线的研究表明,在相变点以下的温度保温,亚稳β相非常不稳定,迅速发生分解。转变温度分为3个区域,500℃至相变点的温度范围内,片层状的α相直接从基体中析出,弥散的分布在β基体上。时效温度降低,片层的厚度减小。X射线衍射分析表明随着时效温度的降低,析出的α相含量先增加后降低。450℃-350℃的范围内,溶质原子的扩散受到抑制,此时亚稳β相先转变为ω相,随着时效时间的延长,α相以先析出的ω相为核心生长,最终形成团簇状的形貌。在200℃-300℃的范围内,即使保温时间达到100小时,仍然只存在ω相,并没有向α相转变的趋势。膨胀量-时间曲线表明TTT曲线的鼻尖温度为600℃左右,该温度下,β→α转变的孕育期最短,为16s,转变终了的时间为16min。
连续冷却转变曲线的研究表明,在相当低的冷却速率范围内可以获得残留β相以及片层状α相;随着冷却速率的升高,析出的α相的数量逐渐减少,片层细化;当冷却速率增大(大于1℃/s)时,α相呈团簇状析出:水淬时高温β相组织可被100%保留。冷速慢时,首先α相核心在晶界处形成,随着冷却的进行,α相核心生长形成晶界连续α相,并出现晶界魏氏体组织,与此同时,晶内α相开始形核生长,当冷却到较低的温度时,α相长大受到抑制,但随着冷却的进行,晶内残留β相仍将继续分解,在晶内空隙处析出非常细小的魏氏体组织。在本文控温冷却的条件下,在亚稳态的β基体中只有α相析出。随着冷却速率增大,析出的α相含量由68%下降到10%左右。空冷时,β相几乎被完全保留。膨胀量一时间变化曲线表明,随着冷却速率的增加,相变开始和终了的温度降低。冷却速率为0.1℃/s时的样品中亚稳β相发生转变的开始温度在650℃左右发生,560℃时相变基本结束;冷却速率为0.2℃/s时的样品中亚稳β相发生转变的开始温度在640℃左右,510℃时相变基本结束;冷却速率为0.5℃/s时的样品中亚稳β相发生转变的开始温度在620℃左右,450℃时相变基本结束;冷却速率为0.7℃/s时的样品中亚稳β相发生转变的开始温度在615℃左右,400℃时相变基本结束;当样品的冷却速率达到1℃/s以上时,从膨胀量时间曲线上看不出拐点,这是由于析出的α相数量太少,样品的膨胀量的突变不明显,但可以推测亚稳β相开始转变的温度将会进一步的降低。