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(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕等特點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域上獲得了較為廣泛的應(yīng)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(diǎn)大大限制了其冷態(tài)工藝性。置氫加工技術(shù)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(jìn)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(yīng)實(shí)現(xiàn)鈦合金的冷鐓成形是置氫加工的重要應(yīng)用之一，但是國(guó)內(nèi)學(xué)者在這方面的研究較少。本文從氫致鈦合金相變?nèi)胧郑到y(tǒng)地研究氫致

2、室溫增塑的氫處理工藝及室溫增塑機(jī)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(shè)計(jì)了石英管封裝的熱處理試驗(yàn)裝置，并借助此裝置完成了金相法對(duì)置氫鈦合金β相轉(zhuǎn)變溫度(Tp)的測(cè)定以及氫致亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)變規(guī)律的研究，建立了TC4-H、TC16-H的亞穩(wěn)相轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變溫度，促進(jìn)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(wú)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(chǔ)。根據(jù)氫對(duì)兩種合金相轉(zhuǎn)變的影響，確定了實(shí)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(dòng)態(tài)鐓粗等實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了置氫對(duì)TC4鈦合金室溫動(dòng)、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(jī)理。結(jié)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(shí)，極限變形率較原始合金提高了近一倍。拉伸和沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論哪一種處理方式，材料的綜合性能均下降，產(chǎn)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(jī)理為：①氫促進(jìn)了合金中α"馬氏體與亞穩(wěn)p相的生成；②變形過程中產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)α"馬氏體；③氫降低了位錯(cuò)與孿晶形成的臨界應(yīng)力；④淬火后氫化物以納米級(jí)出現(xiàn)。
　　 采用靜態(tài)壓縮、拉伸，動(dòng)態(tài)鐓粗和霍普金森壓桿試驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)系

5、統(tǒng)研究了置氫對(duì)TC16鈦合金室溫動(dòng)、靜態(tài)變形行為的影響，并建立了室溫本構(gòu)方程；利用OM、XRD、TEM手段分析了置氫合金室溫變形的機(jī)理。結(jié)果表明：置氫后TC16鈦合金的拉伸性能大幅度下降，產(chǎn)生脆斷；靜態(tài)變形時(shí)，隨著氫含量的增加，極限變形率降低；動(dòng)態(tài)變形試驗(yàn)表明.置氫合金具有較好的變形能力，氫含量為1.0wt％時(shí)，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(jī)理為：①氫降低了TC16鈦合金的相變點(diǎn)，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(yīng)力；③氫降低了臨界剪切應(yīng)力促進(jìn)了位錯(cuò)的增殖和孿晶的產(chǎn)生，并發(fā)生應(yīng)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(zhuǎn)變過程，并據(jù)此制定了TC4鈦合金細(xì)晶強(qiáng)化及除氫的熱處理工藝，研究了除氫后的力學(xué)性能。結(jié)果表明：α"馬氏體和亞穩(wěn)β相的時(shí)效分解屬于擴(kuò)散型相變，700℃時(shí)兩相的分解孕育期最短，分解完成時(shí)間最少；氫促進(jìn)了β相穩(wěn)定化元素的擴(kuò)散，在時(shí)效過程中