TLM钛合金压缩形变织构及晶界特征研究

发布时间：2021-04-18 13:24

  多晶体材料晶粒的择优取向（织构）强烈影响着多晶体材料性能的各向异性，进而直接影响材料的物理和力学性能，明确材料在不同加工工艺条件下织构演变规律至关重要，有利于优化加工工艺从而预测和改善产品最终性能；多晶体材料的晶界结构与性质强烈影响着晶界迁动、溶质原子在晶界的偏聚等现象以及材料的力学和物理性能等，基于晶界控制和设计来改进材料性能已成为材料科学研究的一个重要领域。所以，在材料研制和改性过程中，弄清楚材料晶界结构及不同形变条件下的形变行为对于优化加工工艺、控制显微组织演变和织构演变规律至关重要。本文针对西北有色金属研究院于2005年自主设计和研发的新型近β型生物医用钛合金TLM（Low Modulus Titanium，名义成分Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb），分析不同形变条件下组织和织构演变规律，深入研究了TLM钛合金在冷、热变形条件下的形变机理，建立形变参数与组织结构及织构的对应关系，探讨晶界分布特征及机理，为TLM生物医用钛合金组织控制、加工参数优化和改善力学性能等生产研究过程的提供重要技术支持。本文的主要研究内容与结果如下： 基于不同形变量条件下的室温压缩试验，揭示了固溶处理态TLM钛合金室温压缩变形机理、微观组织结构及织构演变规律，发现其形变机理主要涉及位错滑移和孪生，同时变形过程中存在应力诱发α"相变；在5%压缩量形变时，织构强度最低，应力诱发马氏体α"相晶面趋向于{220}面的择优取向；压缩量在10%～50%范围内，β相形变织构聚集于{111}110和{111}112取向，且取向密度随应变量的增加而增强；相比较原始织构强度，形变织构强度呈现降低-升高-降低的演变规律。 建立了固溶处理态TLM钛合金在试验条件下的加工图，分析了组织演变规律，揭示了TLM钛合金的高温变形行为，为优化热加工工艺参数奠定了基础。结果表明，合金在试验条件下的热变形过程中不存在失稳区；在形变温度为850℃、应变速率为0.01s-1热变形条件区域，能量耗散效率具有最大值，为36%。 研究了TLM钛合金在不同条件下热变形织构组份及其演变规律，结合组织结构阐明了织构演变的内在机理，为基于织构领域的TLM工艺改性研究奠定了基础，提供了技术支持。结果表明，随着形变温度的升高，TLM合金织构强度呈现先升高再降低的演变规律；850℃形变温度条件下具有织构强度最低值，TLM合金晶粒取向更趋于随机分布状态；随着应变速率的升高，TLM合金织构强度呈现逐步升高的演变规律；随着形变量的增加，形变织构强度呈现升高-降低-升高的演变规律。 基于不同形变条件下的小变形量室温压缩试验，研究了TLM合金在不同形变条件下的晶界特征分布，揭示了其晶界取向角度的变化规律及CSL（重合位置点阵晶界）特殊晶界的演变规律。结果表明，随着应变速率由0.001s-1升高到1s-1，形变量由3%增加到4%，3°取向角附近晶界的数量明显增加；1s-1应变速率、3%～4.5%形变条件下，随形变量的增加，Σ29特殊晶界数量明显增加；随着形变量增加到4.5%，Σ3和Σ13特殊晶界数量明显减少，Σ11和Σ29特殊晶界数量明显增加，Σ39特殊晶界数量减少。



本文编号：2501173