TB17钛合金冷/温变形及时效析出行为研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanjiawei2005
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在一定条件下,变形与时效工艺的结合往往能将材料的综合性能发挥到一个更高的水平,这不仅仅是将形变强化与析出强化进行简单叠加,因为它们之间也存在着相互作用,变形因素的引入可在后续时效过程中诱发各种相变,同理,时效过程中产生的析出相也会对后续变形组织产生影响。在材料化学成分不发生变化的前提下,通过调控组织中的相变析出物从而实现对材料某些性能的改善是一种十分有效的方法。本文以亚稳型β钛合金TB17为研究对象,通过应力应变曲线分析、物相检测以及组织观察等方法,对其冷变形、温变形、冷/温变形及各种变形后的时效行为展开了研究,探究变形与时效因素对相变析出物的影响,最终为TB17钛合金在变形与时效参数的选择提供实验依据。首先,在对TB17钛合金的冷变形及变形后的时效析出行为研究中,根据应力应变曲线的变化趋势可发现,TB17钛合金对应变速率较为敏感,材料在较大的应变速率下(0.1s-1)表现出较为明显的流变软化现象,而在较小的应变速率下(0.01s-1)其流变硬化现象较为明显。通过组织观察及XRD分析等方法发现,在应变量为0.105的冷变形条件下以及冷变形后(应变量0.22)在350℃0.5h的低温时效过程中均发生了马氏体相变,并且在350℃0.5h低温时效过程中未发生明显的α与ω相变。而在同样变形条件下,经250℃0.5h时效处理后未发生任何明显的相变。变形过程中产生的形变诱导马氏体以及变形后在低温时效条件下产生的等温马氏体都属于板条型马氏体,相同点是二者均在晶界附近析出,不同点在于等温马氏体呈平行规则分布,而形变诱导马氏体呈现不规则分布。在500℃8h的时效条件下马氏体相全部分解,细小的α相沿着变形带结构析出并呈现连点成线的现象,形成大量相互交错的细长条状组织。其次,针对TB17钛合金在400℃-500℃之间的温变形及时效行为进行了研究中发现,其温变形机制包括位错滑移、形变诱导马氏体相变、孪晶及变形带。温度与应变速率均对析出行为产生重要影响,根据应力应变曲线的变化趋势,当应变速率同为0.01s-1时,500℃时的变形抗力比在400℃的条件下更大,分析表明α相在500℃时易于析出,起到了弥散强化的作用。然而,无论是α相还是形变诱导马氏体相都更倾向于在较低的应变速率下析出。此外,在形变后的低温时效过程中形变诱导马氏体逐渐分解,并伴随着等温马氏体的析出,这与冷变形及其时效获得的马氏体具有相同的特征,而对未变形的试样分别进行低温时效处理后却未发生任何明显的相变。经500℃8h时效后,同样表现出马氏体的全部分解以及大量α相的析出,最终获得大量细长条组织。最后,在对TB17钛合金的分步变形研究中发现,在不含其它次生相干扰的条件下,由初次冷变形后再低温时效所得的等温马氏体在二次冷变形中起到了协调变形的作用,表现出变形抗力的降低及弹性模量的降低。在冷/温变形中,变形顺序的改变使得析出相也发生了变化,在先温变形再冷变形的条件下出现了形变诱导马氏体与α相变,而在先冷变形再温变形的条件下只存在马氏体相变,且形变诱导α相变发生在塑性变形阶段。此外,在先冷变形再温变形的条件下,两次变形之间350℃0.5h低温时效的加入使得二次变形时变形抗力大幅增大,经分析得知初次温变形产生的形变诱导马氏体在时效中逐渐分解,在二次变形中发生形变诱导α相析出,且并未发生明显的等温马氏体相变。从上述对TB17钛合金在变形及时效条件下的组织演变及相变析出规律可知,变形因素对相变有着重要影响,它对后续变形及时效过程中的相变有着紧密的联系。在低温时效与分步变形的相组合的条件下,其相变析出行为较为复杂,这也说明利用时效析出相实现协调变形的效果需要满足一定的条件才能产生。
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