Ti60鈦合金相變動(dòng)力學(xué)及組織演變研究.pdf

1、Ti60鈦合金是我國研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的600 ℃高溫鈦合金，可用于制造高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件。Ti60鈦合金通過一系列的熱處理可以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能的綜合匹配。為了優(yōu)化合金熱處理工藝，并考察服役條件下的組織穩(wěn)定性，需要系統(tǒng)研究合金在熱處理及服役過程中的組織演變規(guī)律，探討相變機(jī)制。因此，本文采用熱膨脹法，結(jié)合掃描電鏡和透射電鏡等表征手段研究了 Ti60鈦合金在固溶熱處理過程、連續(xù)冷卻過程、等溫過程，以及長期熱暴露過程中的組織演變規(guī)律。

2、深入探討了α相的形核長大機(jī)制，以及α'馬氏體的等溫分解機(jī)制。此外，通過分析α2相和硅化物兩種納米相的析出規(guī)律，研究了熱暴露對材料力學(xué)性能的影響。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果包括：
　　(1)固溶溫度與Ti60鈦合金組織中α相體積分?jǐn)?shù)近似呈線性關(guān)系，α相中Al元素含量隨固溶溫度升高而增加。固溶過程中過飽和的α相發(fā)生α→β轉(zhuǎn)變，當(dāng)固溶溫度超過1020 ℃時(shí)，α片層不僅寬度減小，長軸末端也發(fā)生溶解并分裂成短片層。
　　(2)合金自β相

3、區(qū)以淬火或空冷條件冷卻，組織發(fā)生β→α'馬氏體轉(zhuǎn)變，而且在α'馬氏體內(nèi)形成位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷。另外在爐冷條件下，組織發(fā)生α→α2有序化轉(zhuǎn)變。在α+β相區(qū)固溶淬火組織中發(fā)現(xiàn)塊狀α'馬氏體，它從α相邊界向外延伸，其取向與α相一致，而化學(xué)成分與β轉(zhuǎn)變組織接近，可通過提高固溶溫度和縮短保溫時(shí)間促進(jìn)形成塊狀α'馬氏體。
　　(3)采用膨脹法研究了合金連續(xù)冷卻至室溫過程的相變動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明：當(dāng)冷速超過50 ℃?s-1時(shí)，合金組織發(fā)生β→α'馬

4、氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ms)約為900 ℃；在20 ℃?s-1~5 ℃?s-1范圍內(nèi)，組織中部分β相在940 ℃~920 ℃范圍內(nèi)發(fā)生β→α轉(zhuǎn)變，α相優(yōu)先在晶界形核并長大，剩余的過飽和β相發(fā)生β→α'轉(zhuǎn)變；當(dāng)冷速降至3 ℃?s-1時(shí)，組織中全部β相發(fā)生β→α轉(zhuǎn)變，α片層在晶界和晶內(nèi)同時(shí)形核長大；冷速降至1 ℃?s-1時(shí)，α片層僅在晶界形核長大。本文基于上述結(jié)果建立了合金的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)圖。
　　(4)采用膨脹法研究了β

5、→α等溫相變動(dòng)力學(xué)?；贘MA模型描述了等溫過程中α相的形核長大機(jī)制。在1030 ℃保溫時(shí)，α相僅在晶界形核并沿晶界延伸，對應(yīng)Avrami指數(shù)n可近似為1.0；在950 ℃時(shí)n值增加至1.31，對應(yīng)α相從晶界向晶內(nèi)以片層形式生長。
　　(5)α'馬氏體組織在等溫處理過程中發(fā)生α'→α+β轉(zhuǎn)變，α相形核的同時(shí)伴隨β相析出，最終形成細(xì)密的片層組織。隨著等溫溫度降低，片層組織得到進(jìn)一步細(xì)化。由此可知，利用等溫過程中α'馬氏體的分解機(jī)制，