【摘 要】
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钛及钛合金因其良好的耐高温、耐腐蚀性能而被航空航天工业选中。目前常规牌号的钛合金渐渐的满足不了所需要的性能要求。本文主要以TA2、TC4、Ti-3573及Ti-3873合金来进行实验,通过改变冷加工及热处理工艺参数并使用多种分析方法研究钛合金的显微组织和力学性能。本文中实验部分的主要工作如下:首先,根据三类合金的不同性质分别对三类合金进行各自的处理方式,对比研究新型亚稳β型钛合金的组织与性能特性。
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钛及钛合金因其良好的耐高温、耐腐蚀性能而被航空航天工业选中。目前常规牌号的钛合金渐渐的满足不了所需要的性能要求。本文主要以TA2、TC4、Ti-3573及Ti-3873合金来进行实验,通过改变冷加工及热处理工艺参数并使用多种分析方法研究钛合金的显微组织和力学性能。本文中实验部分的主要工作如下:首先,根据三类合金的不同性质分别对三类合金进行各自的处理方式,对比研究新型亚稳β型钛合金的组织与性能特性。其次,对Ti-3573和Ti-3873合金设计不同的冷轧及退火工艺参数,通过冷轧后不同的热行为控制其组织组成,以提高其综合力学性能。最后,基于时效温度区间与时间区间制定时效处理工艺,以探究两种新型钛合金在不同温度以及不同时间段内的热行为及析出相的数量与形态,并进一步提高其综合力学性能。结果表明:(1)相对于TA2及TC4合金,由于β相稳定元素的作用,Ti-3573和Ti-3873合金在经过β相转变之后快速冷却过程中可以保持单一的β相,且随着合金成分中钼当量的升高,硬度及强度增大。(2)冷轧后的Ti-3573及Ti-3873合金显微组织中产生了大量滑移带及孪晶带,在α+β相区对两种合金进行退火时,滑移带及孪晶带上优先析出了少量α相,这些滑移带、孪晶带及初生α相提高了其维氏硬度及屈服、抗拉强度。在β相区对两种合金进行退火时,两种合金发生完全再结晶后的晶粒平均尺寸较小,由于细晶强化的作用,屈服及抗拉强度与冷轧前相比均有显著提升。(3)在α+β相区退火态的两种合金进行时效处理后大量析出粒状或球状α,带状组织及晶界上生长成为针状或层片状α,力学性能显著提高,Ti-3573合金维氏硬度最高可达446.8 HV,抗拉强度最高可达1733.2 MPa,并且具有15.9%的优良塑性,Ti-3873合金维氏硬度最高可达442.6 HV,抗拉强度最高可达1569.7MPa,并且具有12.1%的塑性。在对β相区退火态的两种合金进行时效处理时,α相首先在晶界析出形成片状αGB,随后在晶内析出粒状α并生长成为V字形的细针状,Ti-3573合金维氏硬度最高可达438.9 HV,抗拉强度最高可达1569.3 MPa,同时具有10.1%的强度塑性匹配,Ti-3873合金维氏硬度最高可达440.5 HV,抗拉强度最高可达1466.7 MPa,并且具有12.9%的断裂延伸率。
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