Ti-55531合金α相长大行为及其对拉伸性能的影响

发布时间：2020-03-23 08:06

【摘要】：Ti-55531(Ti-5Mo-5Cr-5V-3Al-1Zr)合金具有高的抗拉强度、良好的断裂韧性和淬透性,有很好的应用前景。由于Ti-55531合金热处理强化主要依赖时效析出的条状α相,因此合金强度与条状α相的形貌、尺寸、数量和分布密切相关。但时效过程中α相从亚稳态β基体中析出速率快且尺寸小,因而鲜有文献报道过α相的析出行为。基于此,本文利用电流快速加热方法系统地研究了Ti-55531合金α相的析出长大行为,并讨论了不同形态α相对合金拉伸断裂影响。首先,采用自主设计的电加热夹具对Ti-55531合金进行直接电阻短时加热,通过不同方式的时效处理后快速冷却,观察α相不同生长阶段的形貌和取向;其次,对不同时效制度处理的试样进行室温拉伸实验,研究不同形态α相对合金拉伸断裂的影响。通过以上研究,得出以下结论:高温时效处理时α相从β晶内析出呈现三种形态:三角形、集束状和树枝状。合金经过时效20 min处理,α相会完全布满β晶粒。在断裂过程中,位错会堆积在三角形形态α相的内部或者α/β界面处,应力集中萌生裂纹;集束状α相阻碍位错运动能力十分有限,使得变形及位错都聚集在β晶界,从而形成沿晶扩展的裂纹;树枝状形态α相容易引局部硬化,使其内部形成微裂纹。双级时效处理时,在ω辅助形核下会获得超细化α相,尺寸约为0.1μm,仅为普通α相的1/5。超细化α相呈现两种形态:短棒状和集束状。超细化的α相可以显著提高合金强度,但合金在弹性阶段就发生断裂,此时合金抗拉强度为1620 Mpa。拉伸断裂机制研究表明,短棒状α相会随着β基体共同运动,最终因β基体局部变形超过合金极限而形成微裂纹;集束状α相会引起位错堆积在β晶界,导致β晶界处产生微裂纹。准原位拉伸分析指出,在拉伸过程中单一β相的组织内会出现大量滑移线和亚晶界,断裂时微裂纹主要在滑移线和晶界处形核。析出条状α相可以有效地阻碍位错的运动,使得原本大量聚集在滑移线及晶界附近的位错都钉扎在α相内部,缓解了滑移线及晶界附近的应力集中,提高合金强度的同时也改善了塑性。但是在晶界附近易形成集束α相,引起局部硬化,导致微裂纹在集束α相边界处形核并扩展,它是降低合金塑性最主要的原因。
【图文】：

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图 1-2 钛合金在飞机中的使用量[8]Fig. 1-2 The usage of titanium alloy in aircraft分类异构晶体的特点，通过添加适量的合金元素1-3 所示。根据各种元素对钛的同素异构晶体几个元素：度影响很小的中性元素，他们在任意两相之体，常见元素有：Zr、Hf。度的α稳定元素，这类元素在α相中具有较合金强度的同时还能减小合金密度，其含度的β稳定元素，这类元素通常拥有与β相元素可以显著提高合金强度且保持较高的塑]。α型α+β型亚稳态β型稳定β型

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图 1-2 钛合金在飞机中的使用量[8]Fig. 1-2 The usage of titanium alloy in aircraft类异构晶体的特点，通过添加适量的合金元素-3 所示。根据各种元素对钛的同素异构晶体转几个元素：影响很小的中性元素，他们在任意两相之中体，，常见元素有：Zr、Hf。度的α稳定元素，这类元素在α相中具有较高合金强度的同时还能减小合金密度，其含量度的β稳定元素，这类元素通常拥有与β相相元素可以显著提高合金强度且保持较高的塑性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.23

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