TA19钛合金组织与织构研究

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TA19是一种近α钛合金,相当于美国的Ti6242S合金,其名义成分为Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si。通常制造飞机的蒙皮以及发动机的叶片,使用温度约在550℃左右。通常,钛合金的力学性能主要取决于其内部的显微组织和织构。因此,深入研究该合金在热加工条件下的组织和织构演变规律具有重要意义。本文首先研究了 TA19合金大规格锻造坯边部、R/2和心部的组织、织构和力学性能的变化规律。然后对该合金在两相区(970℃)温度下进行恒速压缩,研究随着应变量的增加,其组织和织构的演变规律。研究表明,对于TA19钛合金大规格棒材,在边部,锻造过程中承受的面应力较小且冷却速度较快,导致显微组织中晶粒比较细小。此外,由于金属的流动应力在三维空间不受限制,导致随机宏观织构的生成。综合起来,其拉伸性能最佳;在R/2位置,显微组织为等轴晶,且生成中等强度的(11-20)[1-100]和(11-20)[0001]织构,致使材料在R/2位置具有较好的强塑性匹配;在心部,显微组织由等轴的初生α相(αp)和尺寸较大的次生相(αs)集束组成,且αs相的体积分数较高。除此之外,心部形成了极密度较高的对称立方织构,这两个因素使心部位置强度下降的很快:通过EBSD分析,初生α相的球化机制在边部为应变诱发机制,而在R/2和心部位置,则为晶界迁移机制。塑性变形过程中组织和织构演变主要由柱面滑移控制。关于TA19合金在970℃压缩时的等温变形行为,在起始阶段,合金内部的位错密度迅速上升,流动应力随着应变的增加急剧上升。达到峰值应力之后,由再结晶引起的动态软化抵消了加工硬化,流动应力随着应变的增加开始下降;当应变超过50%时,流动应力随着应变增加不降反升,这是由实验过程中不可避免的摩擦所引起;在多道次变形过程中,每道次变形产生的位错在保温阶段通过攀移和滑移运动发生多边化并形成亚晶。这样合金内部的位错密度显著减小,保温阶段元素又发生了充分的扩散。在随后的变形过程中,α和原始β晶界上产生了大量的可移动位错并大量增殖。导致了屈服下降现象的发生。在等温压缩过程中,当应变量达到30%时,大部分αp晶粒沿着金属流动的方向排列,只有部分硬取向的晶粒发生扭折或者弯曲。当应变量超过50%时,几乎所有的晶粒都发生了回复和再结晶,无论是初生αp还是次生αs相晶粒都随着应变的增加进一步细化。在热压缩应变量为30%、50%、70%以及多步变形至70%的条件下,TA19合金内都形成{11-20}//YO和{2023}//YO方向的丝织构。但织构密度有差别,这主要与热压缩过程中发生的动态回复、动态再结晶以及相变有关。通过对相邻晶粒之间的取向差进行分析,可以确定在相转变过程中存在变体选择,某些变体择优析出,从而导致了合金内部形成较强的{2023}//YO方向的丝织构。
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