β热处理对几类钛合金晶粒生长及片状组织形成的影响

作     者：邬桑 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲁世强;欧阳德来

授予年度：2015年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：钛合金 β热处理 β晶粒生长 片状组织 拉伸性能 

摘      要：航空结构材料由单纯静强度设计向损伤容限设计准则转变是航空飞行器长寿命、高可靠性的现实需求。目前采用在现有钛合金基础上进行组织片状结构化工艺处理是获取高损伤容限型钛合金的主要技术途径之一。作者以几类典型钛合金为研究对象,对其β晶粒生长及片层结构形成行为进行了研究。研究结果对钛合金片状结构化及损伤容限型钛合金开发具有重要的理论指导意义和生产应用价值。主要研究内容和结果如下:研究了几类钛合金(TA15、TB6、TC11)β晶粒生长行为。结果表明,三类钛合金在(α+β)/β相变点以上温度固溶、水冷后TB6钛合金基本为β组织,TA15和TC11基本为马氏体组织;三类钛合金均随加热温度升高,β晶粒尺寸先快速增加,加热温度超过某一温度(TA15约为1090℃,TB6约为890℃,TC11约为1090℃)时,β晶粒尺寸缓慢增加;三类钛合金原始β晶粒长大规律均符合nl幂函数模型,其生长动力学模型分别为:D-D0=4.357t0.602(TA15钛合金),D-D0=26.34t0.277(TB6钛合金),D-D0=18.168t0.4105(TC11钛合金)。然后探究了单一β退火工艺对TA15、TB6、TC11钛合金和二重β退火、三重β退火工艺对TA15钛合金片状组织形成的影响规律及其机制。结果表明,三种β热处理下钛合金均可获得片状组织,片状组织以原始β晶界处形核为主,晶内形核为辅,并沿不同位向的惯习面片状析出生长,直至片层相互接触;单一退火时随冷却速度降低,片层厚度近似线性增加,集束尺寸先快速增加,后缓慢增加;二重退火后片状组织随二重加热温度升高,其α片厚度增加,α集束长宽比下降,随二重保温时间增加,α片厚度和α集束尺寸均增加,片状组织局部存在由α片及α片间交叉分布的细密次生α片组成的双片状组织;三重退火后α集束尺寸随加热温度和保温时间升高而增加,片层厚度变化不大,与单一退火时相比,获得相同特征参数的片状组织所需的热处理时间明显降低。最后研究了片状组织特征参数对其强度、塑性的影响。结果表明,合金片状组织室温拉伸强度和塑性随片状组织细化而增大;强度、塑性与D、d、b存在近似线性函数关系;片状组织拉伸试样断裂机制均为解理断裂与韧窝断裂混合断裂机制,但随合金片状组织细化,断口解理平台减少,剪切唇区面积变大,韧窝变深。