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冷轧及热处理对一种亚稳β型钛合金组织及性能的影响

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稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 238-244页

作者：王艳晶袁晨航徐再东徐荣正马寰宸张文东沈阳航空航天大学辽宁沈阳110136

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及室温拉伸等试验方法研究了单次冷轧退火、三次冷轧退火以及后续时效工艺对自主设计的亚稳β型钛合金Ti-7.46V-5Mo-3.13Cr-1Zr-3Al的显微组织及力学性能的影响。结果表明:与单次... 详细信息

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及室温拉伸等试验方法研究了单次冷轧退火、三次冷轧退火以及后续时效工艺对自主设计的亚稳β型钛合金Ti-7.46V-5Mo-3.13Cr-1Zr-3Al的显微组织及力学性能的影响。结果表明:与单次冷轧退火相比,三次冷轧退火后合金晶粒更加细小,强度塑性均有提高,屈服强度达到815 MPa,延伸率为27%。样品经单次冷轧退火和时效处理后,析出弥散细小的次生α相,合金屈服强度达到1280 MPa并且屈服强度随时效时间的增加呈先增加后减小的趋势,总体呈现较高的强度和较低的延伸率;而经三次冷轧退火和时效后的样品屈服强度略低,但塑性显著提高,具有较好的强度和塑性匹配。综合比较实验结果,可以确定本次实验中合金经过三次800℃/20 min冷轧退火和500℃/10 h时效后能达到良好的强度和塑性匹配,其抗拉强度为1380 MPa,延伸率为10.8%。

关键词：亚稳β型钛合金冷轧退火时效处理力学性能

超低弹性模量Ti-Nb基亚稳β钛合金的相变和力学行为

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超低弹性模量Ti-Nb基亚稳β钛合金的相变和力学行为

作者：田恬江苏大学

学位级别：硕士

钛及钛合金凭借其低弹性模量、良好的综合力学性能、生物相容性和耐腐蚀性而广泛应用在生物植入件上。然而,目前应用最广的钛和钛合金(如Ti-6Al-4V)的弹性模量约为110GPa,仍高于人骨的弹性模量(约为30GPa),由于植入件与人骨弹性模量的... 详细信息

钛及钛合金凭借其低弹性模量、良好的综合力学性能、生物相容性和耐腐蚀性而广泛应用在生物植入件上。然而,目前应用最广的钛和钛合金(如Ti-6Al-4V)的弹性模量约为110GPa,仍高于人骨的弹性模量(约为30GPa),由于植入件与人骨弹性模量的不匹配,在植入时容易诱发“应力屏蔽”效应。此外,Al和V的释放会导致长期的健康问题,如骨软化症和神经性疾病。因此,研发低模量、高强度且完全由无毒元素组成的新型β型钛合金已成为生物医用植入材料的研究热点。本文以低模量作为合金成分设计的主要依据,设计研制出Ti-33Nb-4Sn(wt.%)合金,并通过力学性能试验机(Mechanical Testing Machine)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、原位同步辐射(in-situ synchrotron X-ray diffraction)和利用弹塑性自洽模型(EshelbyKroner-Kneer elastoplastic self-consistent model)等手段系统地研究了热机械处理对新型Ti-Nb-Sn合金相变、微观结构和力学行为的影响,旨在开发出低模量和高强度兼备的亚稳β型钛合金,并揭示其低模量机制和变形行为的物理机制,为新型低模量高强度钛合金的设计提供理论指导。研究结果表明:本文设计研制的Ti-33Nb-4Sn(wt.%)合金,固溶态合金由β和α?马氏体两相组成,冷轧处理后合金的相组成仍为β和α?马氏体,冷轧变形后的合金经425℃时效处理30min后,合金主要由β相组成,同时含有少量的细小α相,合金抗拉强度为855MPa,弹性模量为36GPa。TEM结果表明,冷轧和短时时效处理过程中引入的高密度位错、细化晶粒和纳米尺度的α相共同作用,赋予合金高的强度,此外由于时效处理时间较短,仍保持具有本征低模量的β相,同时α相的形成量很少,不足以显著提高合金模量,因此合金模量较低。由此获得合适的热机械处理制度,即冷轧短时时效处理能够使合金兼具高强度和低模量。为探究其低弹性模量机制的本质,我们利用弹塑性自洽(EPSC)模型结合同步辐射技术计算出合金的单晶弹性常数,发现低模量Ti-33Nb-4Sn合金具有与同等价电子浓度(e/a)的二元合金相当的C?(12.6GPa)以及明显偏低的C44(22.4GPa),基于此我们推断,通过热机械处理得到的亚稳β型钛合金,其具有较低的剪切模量C?和异常偏低的剪切模量C44,两者共同作用可获得低弹性模量。同时为了研究其变形行为的物理机制,我们尝试利用同步辐射技术将材料的变形行为与细微的结构转变建立起联系,发现固溶态合金在拉伸过程中出现“双屈服”现象的原因是由于马氏体变体的再取向和应力诱发马氏体相变,Ti-33Nb-4Sn合金经冷轧处理后,合金中存在的大量位错和晶界能够对马氏体切变产生明显阻碍作用,因此冷轧态合金在拉伸过程中应力诱发马氏体相变的程度明显小于固溶态合金,其在拉伸过程中呈现出“非线性”变形。而冷轧短时时效态合金在变形行为中比固溶态和冷轧态的合金都要稳定,是因为经冷轧短时时效处理后合金中高密度位错、晶界和纳米尺度的α相对抑制拉伸行为中应力诱发马氏体相变起到了重要作用,因此其宏观拉伸应力应变曲线在弹性阶段呈现出与常规材料一致的“线弹性”变形。

关键词：亚稳β型钛合金固态相变微观结构弹性常数力学行为

快速固结粉末冶金亚稳β钛合金的热加工性与组织性能

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中国有色金属学报 2021年第12期31卷 3552-3565页

作者：赵秦阳徐义库陈永楠 Rob TORRENS Leandro BOLZONI Fei YANG 长安大学材料科学与工程学院西安710064 Waikato Centre for Advanced Materials and Manufacturing University of WaikatoHamilton 3240New Zealand

本研究设计了一种低成本短流程粉末冶金固结与加工技术制备了亚稳β型Ti-5553合金,主要包括快速粉末热压、单道次锻压和简单退火热处理。研究揭示了合金在加工过程中的组织演变机理、力学性能优化机理和组织性能关系。结果表明:经过在1... 详细信息

本研究设计了一种低成本短流程粉末冶金固结与加工技术制备了亚稳β型Ti-5553合金,主要包括快速粉末热压、单道次锻压和简单退火热处理。研究揭示了合金在加工过程中的组织演变机理、力学性能优化机理和组织性能关系。结果表明:经过在1275℃流动氩气气氛环境的快速热压,所得固结态合金相对密度高、宏微观组织均匀,无明显缺陷。经过单道次锻压及快速退火处理后,合金的微观组织和力学性能得以调控和优化,其微观组织和力学性能都对热处理温度的变化有较高的敏感性。当热处理温度为700℃和750℃时,合金展现出良好的强塑性匹配,抗拉强度和伸长率分别为1335 MPa和6.6%、1215 MPa和7.2%,原因是多级析出相的组织结构可同时稳固合金的力学性能强化效果、提高合金的均匀协调变形能力,使合金具有高强度和可接受的塑性。

关键词：粉末冶金亚稳β型钛合金低成本热加工微观组织

（β+α"）双相结构的亚稳β型Ti-41Nb合金微观组织与力学行为研究

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（β+α"）双相结构的亚稳β型Ti-41Nb合金微观组织与力学行为研究

作者：吴睿瑭江苏大学

学位级别：硕士

由无细胞毒性元素组成的亚稳β型钛合金凭借其出色的生物相容性、良好的超弹性和形状记忆效应以及低弹性模量等特性,已经成为生物医用金属材料领域的研究热点。通过调控合金中的β稳定元素含量,亚稳β型钛合金从高温β相区水冷淬火后既... 详细信息

由无细胞毒性元素组成的亚稳β型钛合金凭借其出色的生物相容性、良好的超弹性和形状记忆效应以及低弹性模量等特性,已经成为生物医用金属材料领域的研究热点。通过调控合金中的β稳定元素含量,亚稳β型钛合金从高温β相区水冷淬火后既可获得单一的α″马氏体,也可获得单一的β母相,前者可获得良好的形状记忆效应,后者则可望具备优良的超弹性。当β稳定元素含量介于这两者之间时,亚稳β型钛合金经高温淬火后则会呈现一种(β+α″)的双相组织。一般来讲,这种双相组织的钛合金既不能表现出良好的形状记忆效应也不具备出色的超弹性,但具备实现低模量和大线弹性变形的潜力。本文利用X射线衍射(XRD)、光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)、力学性能测试(Tensile test)和原位同步辐射高能X射线衍射(SXRD)等测试方法研究了具备(β+α″)双相结构Ti-41Nb合金的微观组织与力学行为,论文的主要研究结果如下:Ti-41Nb合金经800℃固溶10min水淬后相结构以β相为主,并伴有少量的α″马氏体,整体上呈现β+α″双相结构。EBSD结果表明,Ti-41Nb合金经固溶处理后形成了大量的{001}再结晶织构。固溶态Ti-41Nb合金在单次拉伸过程中呈典型的“双屈服”变形。拉伸测试和原位SXRD表征的综合研究结果表明,固溶态Ti-41Nb合金在0.0-4.0%应变范围内除发生弹性变形外,还发生了β→α″的应力诱发马氏体相变。其中,应力诱发马氏体相变在0.0-3.3%应变范围内较剧烈,在3.3-4.0%应变范围内相对轻微。在随后的卸载过程中,固溶态Ti-41Nb合金发生了弹性回复,同时伴随着轻微的α″→β逆马氏体相变。卸载完成后,应力-应变曲线上仍有2.9%的残余应变,这主要归因于合金中仍有大量的α″马氏体未能可逆转变回β母相。固溶态Ti-41Nb合金循环拉伸-卸载的结果表明,随着循环次数的增加,固溶态Ti-41Nb合金逐渐呈“近线弹性”变形,这可能归因于残余应力对应力诱发马氏体相变的辅助作用。早期的研究表明,冷变形处理能显著影响β钛合金的微观组织与力学行为,因此我们对固溶态Ti-41Nb合金分别进行了冷轧和冷拔处理。与固溶态Ti-41Nb合金相比,冷轧态Ti-41Nb合金中β母相的体积分数发生了明显的降低,这主要归因于合金在冷轧过程中发生了应力诱发马氏体相变。合金的微观组织观察表明,冷轧态合金中形成了大量的剪切带,并且合金中内部含有高密度的位错。在单次拉伸变形过程中,冷轧态Ti-41Nb合金呈现“非线弹性”变形,这主要归因于大量位错晶界对应力诱发马氏体相变的抑制作用。冷轧态Ti-41Nb合金的循环拉伸卸载结果表明,随着循环次数的增加,合金逐渐呈“近线弹性”变形。与冷轧态合金相比,冷拔态Ti-41Nb合金中的β母相体积分数发生了进一步降低。金相组织图片表明,冷拔态Ti-41Nb合金在纵向截面上形成了细长的纤维状结构,横向截面上的晶粒则呈卷曲状。冷拔态Ti-41Nb合金循环拉伸卸载的结果表明,随着循环次数的增加,合金逐渐呈“近线弹性”变形,这可能归因于弹性变形和发生在较宽应力范围内轻微应力诱发马氏体相变的共同作用。

关键词：亚稳β型钛合金双相组织(β+α″) 应力诱发马氏体相变力学行为

超低弹性模量亚稳β型Ti-Nb-Sn合金中马氏体相变与力学行为相关性的研究

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超低弹性模量亚稳β型Ti-Nb-Sn合金中马氏体相变与力学行为相关性...

作者：商铫江苏大学

学位级别：硕士

亚稳β型钛合金凭借其较低的模量、较高的耐腐蚀性以及优异的生物相容性日渐成为生物医用材料研究领域的热点。然而,亚稳β型钛合金因β稳定化元素含量不足导致的应力诱发马氏体相变会大幅度降低合金的强度,无法满足生物医用材料对高强... 详细信息

亚稳β型钛合金凭借其较低的模量、较高的耐腐蚀性以及优异的生物相容性日渐成为生物医用材料研究领域的热点。然而,亚稳β型钛合金因β稳定化元素含量不足导致的应力诱发马氏体相变会大幅度降低合金的强度,无法满足生物医用材料对高强度的需求。前期我们课题组通过降低β稳定化元素含量并辅以适当的热-机械处理制备出兼具超低模量和高强度的亚稳β型Ti-33Nb-4Sn合金,但其中涉及的关键科学问题:马氏体相变与力学行为的相关性尚不清楚。本文采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、原位同步辐射(SXRD)和力学性能测试(Tensile test)等测试方法系统地研究了Ti-Nb-Sn合金中马氏体相变对合金力学行为的影响,旨在揭示合金中马氏体相变、微观组织演化以及力学行为三者之间的内在相关性。具体研究内容和结果如下:我们先对不同热-机械处理状态的Ti-33Nb-4Sn合金单次拉伸过程中马氏体相变对力学行为的影响进行了研究。研究结果表明,亚稳β型Ti-33Nb-4Sn合金经800℃固溶1h淬火后,因合金中发生大量的应力诱发马氏体相变,合金在拉伸过程中呈现“双屈服”现象。固溶态Ti-33Nb-4Sn合金经冷轧变形后,呈现出“非线性”的变形行为。这主要归因于冷轧变形引入了大量的位错和晶界,迟滞了拉伸过程中的应力诱发马氏体相变。冷轧态合金经425℃时效30min后,α"马氏体消失,高密度的位错和晶界使得β相稳定性显著提高。因此,合金中不再发生应力诱发马氏体相变,故而合金呈线弹性变形。由此可知,Ti-33Nb-4Sn合金单次拉伸过程中马氏体相变会对的力学行为产生显著影响。然而,应力诱发α"马氏体和残余β相在循环拉伸-卸载过程中对应力的响应特性尚不清楚。因此,我们对不同热-机械处理状态的Ti-33Nb-4Sn合金循环拉伸过程中马氏体相变对力学行为的影响进行了研究。研究结果表明,固溶态Ti-33Nb-4Sn合金两次拉伸-卸载过程中的变形行为不同。第一回合拉伸呈“双屈服”现象且卸载后应变不能完全回复,第二回合拉伸呈线弹性变形且卸载后无残余应变。这主要归因于第一回合拉伸过程中合金发生了激烈的应力诱发马氏体相变,且大部分应力诱发马氏体相变不可逆。经第一回合拉伸-卸载后残余的少量的β相具有高稳定性,合金中应力诱发马氏体相变程度低且全部可逆。冷轧态合金经2%预变形后拉伸过程中应力诱发马氏体相变程度低且连续发生在较宽的应变范围内。因此,冷轧态合金拉伸过程中呈线弹性变形。基于上述研究结果:通过激烈的塑性变形引入的大量晶界与位错,能够有效迟滞合金中的应力诱发马氏体相变,使(β+α")的双相钛合金兼具超低模量和高强度,不同于过去人们认为的(β+α")双相钛合金不具有良好的工程应用前景。因此,我们在二元合金(便于工业生产和应用)Ti-36Nb中进行了尝试。研究结果表明:冷拔态Ti-36Nb合金经一次拉伸-卸载的预变形后,呈现出线弹性变形。合金强度达到90MPa,弹性应变量达到2.4%,优于目前大多数钛合金,有望在生物医用领域得到广泛的应用。

关键词：亚稳β型钛合金马氏体相变微观组织力学行为

Ti-25Nb-25Ta合金拉伸变形过程中{332}〈113〉变形孪晶的EBSD研究

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电子显微学报 2016年第5期35卷 386-392页

作者：胡常青刘翠秀陈斌赵颉黄子坤孙威北京工业大学固体微结构与性能研究所北京100124

本文利用EBSD技术对亚稳β型Ti-25Nb-25Ta合金室温拉伸变形过程中{332}〈113〉变形孪晶的演变趋势及交叉现象进行了研究。结果表明:随着变形量的增大,孪晶宽度不断增加,孪晶形态由变形初期的平直细条带状逐渐变为宽窄不一的条带状,至变... 详细信息

本文利用EBSD技术对亚稳β型Ti-25Nb-25Ta合金室温拉伸变形过程中{332}〈113〉变形孪晶的演变趋势及交叉现象进行了研究。结果表明:随着变形量的增大,孪晶宽度不断增加,孪晶形态由变形初期的平直细条带状逐渐变为宽窄不一的条带状,至变形末期部分孪晶呈破碎状,孪晶界严重扭曲变形。多数晶粒内产生两种以上{332}〈113〉孪晶变体,部分孪晶能穿越晶界继续生长,某些初次孪晶内部有二次{332}〈113〉孪晶产生。不同变体孪晶间易发生交叉现象。不同{332}〈113〉孪晶变体的交叉作用导致交叉区域出现较大的局部晶格畸变,晶格畸变主要集中于孪晶内部,且交叉界面处的晶格畸变程度最为严重。交叉作用的结果是交叉区域的晶体相对于不同孪晶变体和基体的取向都发生一定程度的改变。

关键词：亚稳β型钛合金室温拉伸变形 EBSD {332}〈113〉变形孪晶交叉现象

不同变形方式β型Ti-Mo-Fe合金低周疲劳性能研究

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不同变形方式β型Ti-Mo-Fe合金低周疲劳性能研究

作者：毛永换大连理工大学

学位级别：硕士

亚稳β型钛合金由于其具有高的比强度、优越的耐腐蚀性能以及良好的生物相容性等结构功能特性在航空航天、深海探测以及生物医疗等领域展现出良好的应用前景。同时,该类合金在拉伸变形过程中,还呈现出变形方式的多样性,如应力诱发α?马... 详细信息

亚稳β型钛合金由于其具有高的比强度、优越的耐腐蚀性能以及良好的生物相容性等结构功能特性在航空航天、深海探测以及生物医疗等领域展现出良好的应用前景。同时,该类合金在拉伸变形过程中,还呈现出变形方式的多样性,如应力诱发α?马氏体和ω相变、{332}和{112}孪生、位错滑移等。前期对Ti-Mo-Fe合金板材室温拉伸性能研究表明,合金通过{332}孪生、位错滑移等方式发生塑性变形,其中{332}孪晶的产生使合金表现出良好的强塑性匹配,Fe元素含量增加,孪晶数量减少,强度提高而塑性降低。然而亚稳β型钛合金中,{332}孪生诱发塑性变形对疲劳性能的影响尚不清楚。本课题利用金相显微镜和扫描电镜等技术手段系统地调查了Ti-10Mo-xFe(x=1,2,3)合金的微观组织和断口形貌。借助Shimadzu 4830电液伺服试验机进行拉伸实验和总应变幅为0.5%、1.0%和1.5%的应变控制对称拉伸-压缩低周疲劳实验,同时调查不同变形方式的Ti-10Mo-xFe合金的拉伸和低周疲劳力学性能,调查了Ti-10Mo-xFe合金在不同应变幅下的微观组织演变,分析了Ti-10Mo-x Fe合金疲劳断口形貌特征,最后探讨了不同塑性变形方式对合金低周疲劳性能的影响。实验结果表明,室温拉伸条件下,随Fe含量增加,Ti-10Mo-x Fe合金的屈服强度和抗拉强度分别由698 MPa增加到812 MPa以及888 MPa增加到952 MPa;总延伸率由38%降低到16%,加工硬化率逐渐降低。Ti-10Mo-xFe合金的塑性变形方式由{332}孪生向位错滑移转变。Ti-10Mo-xFe合金的低周疲劳寿命与Fe含量和应变幅均呈负相关。此外,Ti-10Mo-xFe合金均发生初始循环硬化,循环稳定阶段占总寿命的90%以上。由疲劳断口分析可知,Ti-10Mo-xFe合金均为韧性断裂,断口由疲劳源区、扩展区和瞬断区三个部分组成。随Fe含量增加,疲劳条带宽度逐渐增加。对于同一种合金,随着应变幅的增加,疲劳源区和扩展区所占总比重逐渐增大。Ti-10Mo-1Fe和Ti-10Mo-2Fe合金主要通过{332}孪生变形,Ti-10Mo-3Fe主要通过位错滑移变形。Ti-10Mo-1Fe合金在拉伸-压缩过程中诱发的{332}孪生变形带来显著的塑性变形能力;大量{332}孪生的产生诱发动态Hall-Petch效应,有效释放局部应力集中,延缓了疲劳裂纹的萌生。上述原因使得具有孪生诱发塑性变形效应的Ti-10Mo-1Fe合金具有更优越的低周疲劳性能。

关键词：亚稳β型钛合金孪生/滑移低周疲劳循环硬化/软化

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Ti-Zr-Mo基合金组织及性能研究

Ti-Zr-Mo基合金组织及性能研究

作者：刘亚光沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

Ti-Zr-Mo类合金具有高应变硬化速率和高延展性等优点,但其屈服强度有限。本文设计了名义成分为(Ti64.8Zr21Mo12Cu1.6Ni0.6)100-x Alx(x=0,6)、(Ti65.9Zr17.4Mo14.5Cu1.6Ni0.6)100-x Alx(x=0,6)、Ti62.1-x Zr16.3Mo15.6Al6Bex(x=0,0.2)的亚稳β型钛合金,研究了热处理工艺对合金组织和力学性能的影响,为开发高强度的Ti-Zr-Mo基钛合金提供参考。实验结果表明:Ti64.8Zr21Mo12Cu1.6Ni0.6合金经过900℃/12 h的固溶处理后,α相连续性被打断,晶粒内存在针状α′′相。1200℃/12 h固溶后,合金仅有少量α相残留。此时,合金的拉伸屈服强度为871 MPa,抗拉强度为969 MPa。塑性延伸率为3.78%。合金经900℃/12h+550℃/6 h处理后压缩屈服强度最高为1561 MPa;(Ti64.8Zr21Mo12Cu1.6Ni0.6)94Al6合金经900℃/12 h固溶处理后α相呈连续分布,存在点状α相和针状α′′相。合金在1200℃/12 h固溶后仅存在少量点状的α相。900℃/12 h+550℃/4 h处理后合金的压缩屈服强度最高,达到了1545 MPa。Ti65.9Zr17.4Mo14.5Cu1.6Ni0.6合金经900℃/12 h的固溶处理后α相为条状不连续分布,晶粒内部存在针状α′′相。1200℃/12 h的固溶处理后针状α′′相消失,细小弥散分布的α相从基体中脱溶。此时,合金的拉伸屈服强度为1050 MPa,塑性延伸率为3.57%。1200℃/12 h+450℃/8 h处理后合金的压缩屈服强度最高为1593 MPa;(Ti65.9Zr17.4Mo14.5Cu1.6Ni0.6)94Al6合金经900℃/12 h固溶后α相的连续性被打断,晶粒内存在针状α′′相。经过1200℃/12 h固溶后α相转变为点状。此时,合金的拉伸屈服强度为1009 MPa,抗拉强度为1188 MPa,塑性延伸率为2.3%。合金经1200℃/12 h+450℃/6h的时效处理后屈服强度最高为1711 MPa。Ti62.1Zr16.3Mo15.6Al6合金经900℃/12 h固溶后α相呈点状分布,晶粒内针状α′′相被固溶进基体,同时析出α相。合金经1200℃/12 h固溶后部分α相被固溶进基体,α相的数量减少,同时大量细小α相脱溶。900℃/12 h+550℃/8 h时效后合金的压缩屈服强度最高为1586 MPa;Ti61.9Zr16.3Mo15.6Al6Be0.2合金经900℃/12 h固溶后晶界偏析消除,出现条状α相,晶粒内部存在针状α′′相。合金经1200℃/12 h固溶后α相呈点状分布。900℃/12 h+550℃/6 h时效后,合金的压缩屈服强度最高为1934MPa。

关键词：亚稳β型钛合金热处理工艺显微组织力学性能

预变形与时效作用下孪生/滑移型Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金的力学性能

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预变形与时效作用下孪生/滑移型Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金的力学性...

作者：周克松大连理工大学

学位级别：硕士

β钛合金因具有高比强度,低弹性模量,良好的生物相容性以及孪生诱发塑性变形(TWIP)和马氏体诱发塑性变形(TRIP)效应,在航空航天,生物医疗,海洋工程等领域展现了良好的应用前景。然而通过传统的位错强化在提高其强度的同时会降低合金的塑... 详细信息

β钛合金因具有高比强度,低弹性模量,良好的生物相容性以及孪生诱发塑性变形(TWIP)和马氏体诱发塑性变形(TRIP)效应,在航空航天,生物医疗,海洋工程等领域展现了良好的应用前景。然而通过传统的位错强化在提高其强度的同时会降低合金的塑性,从而限制了β型钛合金的应用范围。在本课题前期的研究中,通过预变形与时效结合可以有效改善Ti-15Mo合金的强塑性匹配,而Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金在变形过程中通过孪生/滑移的耦合变形,也会使得合金具有较好的强塑性匹配,然而预变形与时效作用结合能否同样改善Ti-10Mo-1Fe和Ti-10Mo-3Fe合金的强塑性匹配,以及Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金中孪生/滑移的耦合变形与ω相析出的双重耦合对合金性能的改善效果还不清楚。本文主要通过预变形与时效作用相结合的手段,探究孪晶/位错层状变形组织与等温ω相结合对Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金性能的影响,并与Ti-10Mo-1Fe合金和Ti-10Mo-3Fe合金进行对比。研究表明:在200℃00℃等温时效过程中,Ti-10Mo-1Fe合金和Ti-10Mo-3Fe合金中析出硬脆ω相,硬度值变大,并随着时效温度的升高而升高。当预变形量为5%、时效温度为200℃保温1 h时,Ti-10Mo-1Fe合金具有良好的强塑性匹配。屈服强度和均匀延伸率分别为712 MPa和10%左右。Ti-10Mo-3Fe合金具有较高的屈服强度(981 MPa),但是均匀延伸率很低(0.2%)。当预变形量不变,时效温度升高到300℃时,两种合金均表现为脆性断裂。同样,在200℃00℃时效过程中,Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金析出ω相,硬度值随着温度的升高而升高,同一时效温度下,Ti-10Mo-1Fe层的硬度值高于Ti-10Mo-3Fe层的硬度值。在预变形量为5%,时效温度为200℃时,Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金也具有比较好的强塑性匹配,屈服强度为960 MPa,高于Ti-10Mo-1Fe合金,均匀延伸率8%。而当预变形量不变,时效温度升至300℃时,层状合金则表现为脆性断裂。

关键词：亚稳β型钛合金孪生/滑移 {332}孪晶 ω相强塑性