置氫鈦合金亞穩(wěn)相變及其室溫變形行為的研究.pdf

1、鈦合金具有比強度高、質量輕、耐腐蝕等特點，在航空航天等領域上獲得了較為廣泛的應用。然而，鈦合金室溫塑性低、變形抗力大、冷成形容易開裂等缺點大大限制了其冷態(tài)工藝性。置氫加工技術是利用氫在鈦合金中的可逆合金化、氫致塑性和氫致相變等作用，通過改變合金的相成分及組織進而改善鈦合金加工性能的一種新工藝、新方法。利用氫致室溫增塑效應實現(xiàn)鈦合金的冷鐓成形是置氫加工的重要應用之一，但是國內學者在這方面的研究較少。本文從氫致鈦合金相變入手，系統(tǒng)地研究氫致

2、室溫增塑的氫處理工藝及室溫增塑機理。
　　 利用OM、XRD、TEM等分析手段研究了氫TC4、TC16鈦合金組織演變；設計了石英管封裝的熱處理試驗裝置，并借助此裝置完成了金相法對置氫鈦合金β相轉變溫度(Tp)的測定以及氫致亞穩(wěn)相轉變規(guī)律的研究，建立了TC4-H、TC16-H的亞穩(wěn)相轉變相圖。研究表明：氫作為β相穩(wěn)定化元素，降低了TC4、TC16鈦合金的p相轉變溫度，促進了α''馬氏體和亞穩(wěn)β相的生成。但由于氫在兩種合金中的有限固

3、溶使得氫無法將兩種合金的β相完全穩(wěn)定至室溫。盡管如此，合金中α"馬氏體和亞穩(wěn)β相的出現(xiàn)仍為氫致室溫增塑提供了基礎。根據(jù)氫對兩種合金相轉變的影響，確定了實現(xiàn)室溫增塑的最佳熱處理工藝為：Tp+10℃淬火。
　　 采用壓縮、拉伸、夏比沖擊和動態(tài)鐓粗等實驗系統(tǒng)研究了置氫對TC4鈦合金室溫動、靜態(tài)變形行為的影響；利用OM、XRD、TEM手段分析了置氫后材料的室溫變形機理。結果表明：TC4鈦合金經(jīng)過Tp+10℃淬火后，室溫壓縮極限變形率隨著

4、氫含量的增加而增加，氫含量在0.6～0.9wt％時，極限變形率較原始合金提高了近一倍。拉伸和沖擊試驗結果表明，無論哪一種處理方式，材料的綜合性能均下降，產生脆斷。微觀組織觀察和相分析表明，置氫TC4鈦合金室溫壓縮增塑的機理為：①氫促進了合金中α"馬氏體與亞穩(wěn)p相的生成；②變形過程中產生應力誘發(fā)α"馬氏體；③氫降低了位錯與孿晶形成的臨界應力；④淬火后氫化物以納米級出現(xiàn)。
　　 采用靜態(tài)壓縮、拉伸，動態(tài)鐓粗和霍普金森壓桿試驗等實驗系

5、統(tǒng)研究了置氫對TC16鈦合金室溫動、靜態(tài)變形行為的影響，并建立了室溫本構方程；利用OM、XRD、TEM手段分析了置氫合金室溫變形的機理。結果表明：置氫后TC16鈦合金的拉伸性能大幅度下降，產生脆斷；靜態(tài)變形時，隨著氫含量的增加，極限變形率降低；動態(tài)變形試驗表明.置氫合金具有較好的變形能力，氫含量為1.0wt％時，變形極限超過70％。微觀組織觀察和相分析表明，氫致TC16鈦合金室溫壓縮增塑的機理為：①氫降低了TC16鈦合金的相變點，提高了

6、β相的穩(wěn)定性；②快速變形下，絕熱溫升顯著，氫降低了合金的高溫流變應力；③氫降低了臨界剪切應力促進了位錯的增殖和孿晶的產生，并發(fā)生應力誘發(fā)馬氏體相變。
　　 利用金相法研究了α"馬氏體和亞穩(wěn)p相的分解轉變過程，并據(jù)此制定了TC4鈦合金細晶強化及除氫的熱處理工藝，研究了除氫后的力學性能。結果表明：α"馬氏體和亞穩(wěn)β相的時效分解屬于擴散型相變，700℃時兩相的分解孕育期最短，分解完成時間最少；氫促進了β相穩(wěn)定化元素的擴散，在時效過程中