Ti-V系β钛合金结构稳定性及其塑性变形机制

发布时间：2018-12-08 19:40

【摘要】：钛合金是继钢铁、镁合金和铝合金之后的二十一世纪新型金属。目前世界上研制成功的钛合金已有好几百种。钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性能优良和生物相容性好等优点,已广泛应用于建筑、医疗、石油化工和航空航天等领域。与其它钛合金相比,β钛合金具有最高的比强度和良好的加工性能,它是发展高强度高塑性钛合金潜力最大的合金。研发具有高强度高塑性的新型β钛合金已得到世界各国政府的高度重视。论文选取真空电弧炉制备的Ti-V合金和水冷铜坩埚悬浮熔炼法制备的Ti-V-Nb-Zr合金作为研究对象,利用电子背散射衍射和透射电子显微镜作为主要研究手段,测试和观察合金样品在不同变形量和热处理条件下的力学性能和微观结构,研究Ti-V合金和Ti-V-Nb-Zr合金的β相稳定性和塑性变形机制,并通过相变诱发塑性(TRIP)和孪生诱发塑性(TWIP)以及细晶强化来开发具有优异综合力学性能的β钛合金。本文主要结论如下:1.钒降低非热ω相衍射强度和显著提高Ti-V合金的β相稳定性以及强烈抑制应力诱发ω相形成,从而,钒是钛合金中的强β稳定元素。2.Ti-18V合金显示出优异的综合力学性能,高的屈服强度868.69 MPa和良好的总伸长率28.25%,这是由于ti-18v合金通过{332}113机械孪晶和应力诱发ω相转变来产生塑性变形。3.ti-16v合金的塑性变形通过应力诱发ω相转变来完成;ti-18v合金的塑性变形通过{332}113机械孪晶和应力诱发ω相转变来完成;ti-20v和ti-22v合金的塑性变形均通过{332}113机械孪晶来完成;ti-52v合金通过位错滑移和{112}111机械孪晶来产生塑性变形。ti-v合金的塑性变形机制取决于β相稳定性,而钒含量决定β相稳定性。4.氧提高ti-v合金的屈服强度和降低其弹性模量,这是由于氧添加到ti-v合金中引起固溶强化和提高β相稳定性。5.ti-20v-0.034o合金的塑性变形通过应力诱发ω相转变来完成;ti-20v-0.276o合金的塑性变形通过{332}113机械孪晶来完成。虽然ti-16v-0.036o和ti-16v-0.290o合金都通过应力诱发ω相转变来产生塑性变形,但增加氧含量显著降低应力诱发ω相含量。氧降低非热ω相衍射强度和提高β相稳定性以及抑制应力诱发ω相形成,从而氧被认为是钛合金中的β稳定元素。6.ti-16v-0.036o、ti-20v-0.034o、ti-16v-2zr、ti-20v-2zr和ti-16v-2nb-2zr合金的塑性变形都通过应力诱发ω相转变来完成;ti-20v-2nb-2zr合金通过{332}113机械孪晶和应力诱发ω相转变来产生塑性变形。7.不同晶粒尺寸的ti-16v-2nb-2zr合金的塑性变形都通过应力诱发ω相转变来完成;不同晶粒尺寸的Ti-20V-2Nb-2Zr合金均通过{332}113机械孪晶来产生塑性变形。Ti-V-Nb-Zr合金的屈服强度与晶粒尺寸满足霍尔-佩奇(Hall-Petch)关系,并且其Hall-Petch斜率远大于二级工业纯钛的Hall-Petch斜率值11.3 MPa mm1/2。8.拉伸变形后的Ti-16V-0.290O、Ti-20V-0.340O、Ti-16V-2Zr、Ti-20V-2Zr和Ti-16V-2Nb-2Zr合金中观察到的单变体应力诱发ω相与β相基体具有一种新的位向关系:[110]β∥[-12-10]ω,(3-3-2)β∥(-5052)ω和(-55-4)β∥(30-31)ω,其惯习面为(3-3-2)β∥(-5052)ω,这不同于β钛合金中由热诱发ω相的惯习面(111)β∥(0001)ω。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23

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本文编号：2368895