微塑性變形對(duì)TC4鈦合金微觀組織及力學(xué)性能的影響.pdf

1、本文主要研究了微塑性變形對(duì)TC4鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的影響，實(shí)驗(yàn)方法包括脈沖磁場(chǎng)處理和深冷處理，二者都具有在材料中引發(fā)微塑性變形的作用。深冷處理是基于低溫時(shí)冷縮造成的微塑性變化，在有相變金屬或合金中的研究報(bào)道較多，可起到減小工件的變形，提高其尺寸穩(wěn)定性、耐磨性和使用壽命的作用;脈沖磁場(chǎng)處理引起的微塑性變形主要是基于強(qiáng)磁場(chǎng)的特殊效應(yīng)，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中報(bào)道較少。本文以常用的普通TC4鈦合金和TC4-DT鈦合金為研究對(duì)象，基于兩種不同誘因?qū)е?/p>

2、的微塑性變形，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)和理論分析探討微塑性變形在材料改性中的應(yīng)用研究，探索微塑性變形在鈦合金中的作用機(jī)制。
　　通過(guò)金相觀察、SEM、TEM、X射線衍射應(yīng)力檢測(cè)、硬度檢測(cè)、拉伸測(cè)試等方法，研究不同塑性變形過(guò)程中鈦合金的組織演變規(guī)律，并建立鈦合金的組織和性能間的關(guān)系，具體結(jié)果如下:
　　(1)研究了脈沖磁場(chǎng)處理對(duì)TC4-DT和深冷處理對(duì)普通TC4鈦合金組織的影響，結(jié)果表明:隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度（2T、3T和4T）和脈沖數(shù)（30、

3、40和50）的增加材料內(nèi)部的位錯(cuò)數(shù)量增多，表現(xiàn)為透射圖中位錯(cuò)密度增大和X射衍射圖中峰半高寬值增大，并發(fā)現(xiàn)在TC4-DT鈦合金材料中晶界附近α相內(nèi)存在大量層錯(cuò)。合金中α相數(shù)量有所增加，并且晶粒有所細(xì)化，晶粒平均尺寸從約為6μm減小到約4μm，分布更為均勻。研究了深冷處理參數(shù)（降溫速度V、循環(huán)次數(shù)C和處理時(shí)間T）對(duì)合金組織的影響，結(jié)果表明:深冷處理后TC4鈦合金組織內(nèi)位錯(cuò)密度增加，并且在透射電鏡下觀察到合金中出現(xiàn)孿晶和亞晶組織，試樣α相含量

4、較原始樣深冷處理后有所下降。
　　(2)研究了脈沖磁場(chǎng)處理和深冷處理對(duì)合金力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度和脈沖數(shù)的增加，TC4-DT鈦合金材料的力學(xué)性能有所提高，表現(xiàn)為硬度的增大和抗拉強(qiáng)度的提高。當(dāng)N=30，B=4T時(shí)，合金強(qiáng)度為1265MPa，與原始樣的抗拉強(qiáng)度(1236MPa)相比提高了2.3％;合金延伸率為15.66％，與原始樣品的延伸率(14.94％)相比提高了4.8％，該條件下合金材料的強(qiáng)度和塑性都得到了同步提

5、高，實(shí)現(xiàn)了材料的強(qiáng)韌化。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法研究深冷調(diào)控處理TC4鈦合金材料的力學(xué)性能，表現(xiàn)為抗拉強(qiáng)度提高和彈性模量的增大，并優(yōu)化了深冷處理對(duì)TC4鈦合金力學(xué)性能影響的最優(yōu)參數(shù)組合。對(duì)顯微硬度影響的最優(yōu)參數(shù)組合為V*=10℃/min、T*=24h、C*=1，對(duì)抗拉強(qiáng)度影響的最優(yōu)參數(shù)組合為V*=10℃/min、T*=36h、C*=3;對(duì)延伸率影響的最優(yōu)參數(shù)組合為V*=1℃/min、T*=36h、C*=3;對(duì)彈性模量影響的最優(yōu)參數(shù)組合為V*=1℃

6、/min、T*=36h、C*=1。
　　(3)強(qiáng)磁場(chǎng)和深冷兩種處理方式都導(dǎo)致了微塑性變形，并且都提高了材料中位錯(cuò)密度，是重要的塑性變形特征。但鈦合金中主要強(qiáng)化相α相在磁場(chǎng)處理時(shí)會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度增加而增加，同時(shí)晶粒得到細(xì)化;在深冷處理?xiàng)l件下，隨深冷強(qiáng)度提高，α相含量有所下降。從對(duì)力學(xué)性能影響的角度看，兩種處理后材料的力學(xué)性能都有所改善。脈沖磁場(chǎng)主要是通過(guò)磁致塑性效應(yīng)來(lái)提高位錯(cuò)密度，磁場(chǎng)使位錯(cuò)形核所需的能量減少、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加容易、位錯(cuò)密