置氫鈦合金與純鋯高溫軟化行為及其對(duì)鍛造變形的影響.pdf

1、熱氫處理技術(shù)就是把氫作為臨時(shí)合金元素，從材料內(nèi)部本質(zhì)出發(fā)，通過(guò)氫致塑性、氫致相變以及氫的可逆合金化作用達(dá)到改善鈦合金性能的目的。氫致鈦合金高溫軟化是熱氫處理技術(shù)最重要的研究方向之一，其主要機(jī)理是氫促進(jìn)α相向β相轉(zhuǎn)變，從而降低了β相轉(zhuǎn)變溫度和增加了β相體積分?jǐn)?shù)。在物理本質(zhì)上，氫與鈦?zhàn)褰饘俚奶厥庾饔门c晶體結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。但是目前氫對(duì)鈦?zhàn)褰饘俑邷刈冃涡袨橛绊懙难芯坎⒉蝗妫瑲渲骡佔(zhàn)褰饘俑邷剀浕睦碚擉w系尚未建立起來(lái)。
　　本文研究置

2、氫鈦?zhàn)寮兘饘兮伜弯喌母邷刈冃涡袨?，排除了其他雜質(zhì)元素的影響，以便于定量的研究氫致高溫軟化規(guī)律；有助于從晶體結(jié)構(gòu)和原子結(jié)構(gòu)角度理解氫對(duì)鈦?zhàn)褰饘俑邷厮苄宰冃涡袨橛绊懙臋C(jī)理。并對(duì)氫致鈦?zhàn)褰饘俸蚑i6Al4V合金的高溫軟化行為進(jìn)行了比較研究。
　　本文研究了置氫鈦、鋯和Ti6Al4V合金高溫軟化行為。發(fā)現(xiàn)了氫含量與穩(wěn)態(tài)應(yīng)力之間的定量關(guān)系，并將氫致組織演變和相轉(zhuǎn)變與力學(xué)性能的變化聯(lián)系起來(lái)，完善了氫致鈦?zhàn)褰饘俸秃辖鸶邷剀浕睦碚擉w系。采用等溫

3、壓縮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了Ti-xH、Zr-xH和Ti6Al4V-xH體系的高溫變形行為。通過(guò)控制溫度和氫含量，使這些壓縮實(shí)驗(yàn)覆蓋α、α+β和β相區(qū)。結(jié)果表明：氫對(duì)鈦和鋯高溫變形行為的影響趨勢(shì)基本一致。在α+β相區(qū)，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力與氫含量反線性相關(guān)；在β相區(qū)，氫致強(qiáng)化時(shí)，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力與氫含量正線性相關(guān)。置氫Ti6Al4V合金在β相區(qū)，穩(wěn)態(tài)應(yīng)力與氫含量正線性相關(guān)。此外，還發(fā)現(xiàn)了氫致鈦和鋯的β相高溫軟化現(xiàn)象。
　　采用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM

4、和EBSD）和透射電子顯微鏡分析了變形過(guò)程中的組織演變規(guī)律。發(fā)現(xiàn)了置氫試樣變形后的位錯(cuò)密度低于相同溫度下的未置氫試樣，置氫促進(jìn)α相的動(dòng)態(tài)回復(fù)。
　　氫致α相高溫軟化和氫致α相向β相轉(zhuǎn)變是氫致鈦、鋯以及Ti6Al4V合金高溫軟化的主要原因。氫致α相高溫軟化的機(jī)理是：1）氫致弱鍵降低了α相的剪切模量，從而降低了位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)的臨界分切應(yīng)力；2）氫的快速擴(kuò)散以及對(duì)壓力變化的敏感性偏聚形成了氫氣團(tuán)，氫氣團(tuán)促進(jìn)了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，緩解了位錯(cuò)塞積與釘扎；

5、3）氫在α相中的溶解度并不高，氫原子的體積也不大，因此造成的晶格畸變不大，固溶強(qiáng)化的效果不顯著。氫對(duì)β相產(chǎn)生軟化作用還是強(qiáng)化作用取決于以下兩種機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)：1）氫氣團(tuán)促進(jìn)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的軟化作用；2）氫致強(qiáng)鍵提高剪切模量致位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)的臨界分切應(yīng)力增大，以及氫作為固溶原子產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。
　　研究了Ti6Al4V-xH體系的除氫過(guò)程，研究表明：在450℃~500℃之間除氫的速率快速上升，氫的擴(kuò)散速率快速增大。聯(lián)系在480℃出現(xiàn)的氫致 T

6、i6Al4V合金軟化現(xiàn)象，說(shuō)明氫的快速擴(kuò)散是氫致軟化發(fā)生的重要原因。另外在700℃真空熱處理4小時(shí)之后，氫被完全去除（CH≤0.015wt.％）。
　　研究了置氫近α鈦合金Ti600和β鈦合金Ti40的高溫變形行為，驗(yàn)證了氫致α相高溫軟化和氫致α→β相轉(zhuǎn)變?cè)阝伜辖鸶邷刈冃沃薪档妥冃慰沽Φ淖饔?，以及氫致β相?qiáng)化中氫含量與穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的線性關(guān)系。
　　將氫致軟化作用應(yīng)用到Ti6Al4V合金葉片的等溫鍛造過(guò)程。結(jié)果表明：經(jīng)過(guò)熱氫處理的