TI-55511合金的熱變形行為及晶粒細(xì)化研究.pdf

1、近β鈦合金是制造長(zhǎng)壽命航天/航空承力結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵材料之一。論文重點(diǎn)研究了4種初始組織Ti-55511合金（純?chǔ)陆M織、等軸α組織、粗針α組織和細(xì)針α組織）的熱變形行為、基于動(dòng)態(tài)材料模型的熱加工圖和顯微組織演變;利用熱變形前初始組織調(diào)控的方式，開(kāi)發(fā)了一種超細(xì)晶Ti-55511合金制備方法，并對(duì)超細(xì)晶的組織與性能進(jìn)行了研究。獲得的主要研究成果如下:
　　(1)分析了4種初始組織合金真應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)中的峰值應(yīng)力、穩(wěn)態(tài)應(yīng)力、流變軟化程度和平

2、均變形激活能的差異。對(duì)于峰值應(yīng)力而言，粗針α組織合金的峰值應(yīng)力最高，等軸α組織合金的峰值應(yīng)力最低，純?chǔ)陆M織和細(xì)針α組織合金位于中間，且純?chǔ)陆M織合金的峰值應(yīng)力大于細(xì)針α組織合金。對(duì)于穩(wěn)態(tài)應(yīng)力而言，在高應(yīng)變速率時(shí)，與峰值應(yīng)力的變化規(guī)律相同，但在低應(yīng)變速率時(shí)，細(xì)針α組織合金的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力低于等軸α組織合金。對(duì)于流變軟化程度，各合金的流變軟化程度均隨變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低而下降;各合金的流變軟化曲線(xiàn)在下降的過(guò)程中，均出現(xiàn)了明顯的突變拐點(diǎn)，但

3、各合金之間突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的變形條件各不相同。
　　(2)研究了4種初始組織合金的平均變形激活能。各合金的峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)的變形激活能均在340-540kJ/mol之間，其中純?chǔ)陆M織合金的變形激活能最高，等軸α組織最低。隨著應(yīng)變量的增加，各合金變形激活能均呈逐漸降低的趨勢(shì);在應(yīng)變量增加至0.7時(shí)，純?chǔ)?、等軸和粗針α組織合金的變形激活能趨于相近(約300kJ/mol)，細(xì)針α組織合金的變形激活能由變形初始的380kJ/mol持續(xù)下降至220k

4、J/mol。此外，還可以發(fā)現(xiàn)除等軸α組織合金的激活能降低幅度不大外，其它合金均出現(xiàn)了數(shù)值突變的現(xiàn)象。其中，純?chǔ)陆M織合金出現(xiàn)在應(yīng)變量0.2-0.3附近;細(xì)針α組織出現(xiàn)在應(yīng)變量0.3-0.4附近;粗針α組織合金出現(xiàn)在應(yīng)變量0.4-0.5附近。上述變形激活能的突變應(yīng)變量，為合金的臨界動(dòng)態(tài)再結(jié)晶應(yīng)變量。
　　(3)分別繪制了4種初始組織Ti-55511合金的熱加工圖。并通過(guò)對(duì)加工圖中功率耗散效率因子η的分布，確定了不同初始組織合金的最佳的

5、熱變形參數(shù)范圍。
　　(4)研究了4種初始組織合金熱變形過(guò)程中的顯微組織演變。隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低，各合金中α相動(dòng)態(tài)再結(jié)晶程度增加，α/β相晶粒細(xì)化程度也逐漸增加，且組織均勻性顯著提高;變形溫度越高，α相的體積含量越低，而在相同變形溫度下，應(yīng)變速率對(duì)α相體積含量影響不大。在熱變形過(guò)程中，位錯(cuò)通過(guò)α相自身塑性變形或β相位錯(cuò)切割進(jìn)入等方式在針片中大量增殖，從而原始穩(wěn)定的α片層發(fā)生力學(xué)失穩(wěn);當(dāng)位錯(cuò)增殖到一定程度，α相開(kāi)始發(fā)

6、生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，并生成大量細(xì)小的晶粒;在金屬流動(dòng)的牽引下，力學(xué)失穩(wěn)的α針片或小晶粒從α針片上的部分分離，從而在宏觀(guān)上產(chǎn)生塑性彎折的現(xiàn)象。
　　(5)基于初始組織設(shè)計(jì)，采用熱軋方法制備出一種α和β晶粒尺寸0.1-0.5μm的超細(xì)晶組織。超細(xì)晶合金的軋制態(tài)合金抗拉強(qiáng)度高達(dá)1304.7MPa、延伸率為5.24％;經(jīng)熱處理后，合金的顯微組織具有較高的熱穩(wěn)定性;經(jīng)450℃、4h的熱處理調(diào)控后，合金強(qiáng)度可達(dá)1486.09MPa，延伸率為8.54

7、％。此外，在近β鈦合金體系中發(fā)現(xiàn)了一種以Ti3Al為基的針狀α2強(qiáng)化相，且α2相的析出溫度區(qū)間為450℃-550℃。
　　(6)超細(xì)晶Ti-55511合金的主要強(qiáng)化機(jī)制為:細(xì)晶強(qiáng)化和第二相粒子強(qiáng)化。其中，回復(fù)的過(guò)程在消除加工硬化的同時(shí)促進(jìn)了晶界/相界的穩(wěn)定化，提高細(xì)晶強(qiáng)化作用;退火過(guò)程中發(fā)生的α→α2和β→ω→α相變使α相和β相中分別析出了α2和α兩類(lèi)第二相，第二相粒子強(qiáng)化效應(yīng)增強(qiáng)。但是，當(dāng)?shù)诙嗔Ｗ映叽缭黾又烈欢ǔ叽鐣r(shí)，會(huì)顯著降