高强高塑TC4钛合金板材热轧与热处理的组织和性能研究

发布时间：2017-04-18 19:11

  本文关键词：高强高塑TC4钛合金板材热轧与热处理的组织和性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TC4(Ti-6Al-4V)钛合金是一种使用最广泛、最成熟并且综合性能优良的(α+β)两相合金。具有高强度、高塑性、优良的耐腐蚀性,因而备受国内外的关注。钛合金的室温性能与内部组织有着密切的关系。 本文主要利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、显微硬度计、力学拉伸等实验方法,对TC4钛合金板材热轧与热处理的组织和性能(力学性能和侵彻性能)的变化特点进行了研究。分析了TC4钛合金在热轧过程中组织的变化特点,讨论了在固溶+时效热处理过程中,固溶温度、冷却速度、时效温度、时效时间对显微组织和拉伸性能的影响,并研究了钛合金在侵彻过程中弹孔周围材料的变形及损伤。结果表明： TC4合金在单相区热轧后,合金出现了典型加工态组织,纵向有明显的轧制流线,组织中出现了六方马氏体α’、斜方马氏体α”。第二阶段轧制温度越接近相变点,合金的组织越不均匀,成分偏析越严重,越容易形成β斑,同时合金的强度越高,塑形变化不大。 经过在单相区热轧后的TC4合金,在两相区上部进行固溶+时效的强化热处理方式。在两相区固溶,无论水冷还是空冷,合金中的绝大部分变形拉长的α相等轴化,带状组织(p斑)消失,显微组织出现均匀化。随着固溶温度的升高,合金的强度增大,塑形有所降低；同时水淬比空冷具有更高的抗拉强度和屈服强度,更低的延伸率。随着时效温度的升高(500℃～600℃),合金的抗拉强度和屈服强度先增大后减小,延伸率先增大后减小；随着时效时间的增加(2h～8h),合金的抗拉强度和屈服强度先减小后增大,延伸率先减小后增大。为得到更好的强塑性匹配,推荐采用的热处理制度为：950℃,30min, WQ+550℃,2h,AC。 将大尺寸的钛合金板材经过950℃,30min, WQ+550℃,2h, AC热处理后,合金的组织较为均匀,带状组织已基本消除,横向和纵向力学性能基本相同。T1钛合金板材的横向抗拉强度达到1207MPa,同时保持较高的延伸率(12.2%)；T2钛合金板材的横向抗拉强度达到1218MPa,也具有较高的延伸率(11.5%)。因此,TC4钛合金经过单相区热轧和950℃,30min,WQ+550℃,2h, AC热处理后的大尺寸板材,已达到装甲板(靶材)的力学性能要求。 将热处理后的大尺寸TC4靶材进行侵彻实验。在穿甲弹的作用下,该钛合金靶材发生破坏形式主要为塑性扩孔型破坏和背部的剪切撕裂。侧壁裂纹以星型裂纹为主,与轧制方向保持大约45°。裂纹的形成方式主要为微孔聚集型机制,并沿着侵彻方向形成主裂纹。随着侧壁距离的增加,变形量逐渐减小,靶材的硬度逐渐增大,直到靶材基体的强度；随着侵彻距离的增加,靶材的硬度增大。硬度的这种变化主要是由于靶材发生热软化的结果。
【关键词】：TC4钛合金 高强高塑 热轧 热处理 侵彻
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG339;TG166.5
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-28
• 1.1 钛合金的发展概况10-11
• 1.2 钛与合金元素的相互作用11-13
• 1.3 钛合金的分类及其特点13-14
• 1.4 钛合金的相变14-19
• 1.4.1 钛及钛合金的同素异构转变15
• 1.4.2 β相在快冷(淬火)过程中的相变15-19
• 1.4.2.1 马氏体相变15-18
• 1.4.2.2 ω相变18
• 1.4.2.3 亚稳相在加热时的分解18-19
• 1.5 钛合金的热处理19-21
• 1.5.1 钛合金热处理特点19-20
• 1.5.2 钛合金热处理类型20-21
• 1.5.2.1 退火20
• 1.5.2.2 强化热处理20-21
• 1.5.2.3 形变热处理21
• 1.6 钛合金的显微组织和性能21-23
• 1.6.1 网篮组织21-22
• 1.6.2 魏氏组织22
• 1.6.3 等轴组织22-23
• 1.6.4 双态组织23
• 1.7 高应变率下材料的行为23-26
• 1.7.1 力学性能23-25
• 1.7.2 绝热剪切带25-26
• 1.8 本文的选题背景及其研究内容26-28
• 1.8.1 选题背景26
• 1.8.2 研究内容26-28
• 第2章 试验材料及其实验方法28-32
• 2.1 实验材料28
• 2.2 实验过程28-30
• 2.2.1 轧制工艺28-29
• 2.2.2 热处理工艺29-30
• 2.2.3 侵彻实验30
• 2.3 分析测试方法30-32
• 2.3.1 室温拉伸性能测试30
• 2.3.2 显微硬度测量30
• 2.3.3 洛氏硬度测量30
• 2.3.4 组织观察与分析30-32
• 2.3.4.1 金相组织观察30-31
• 2.3.4.2 XRD物相分析31
• 2.3.4.3 扫描电镜分析31-32
• 第3章 轧制工艺对TC4显微组织和力学性能的影响32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 轧制TC4合金板材的显微组织32-35
• 3.3 轧制TC4合金板材的组织缺陷35-36
• 3.3.1 组织的不均匀性35
• 3.3.2 成分偏析35-36
• 3.4 轧制后合金板材的性能36-38
• 3.4.1 显微硬度36-37
• 3.4.2 拉伸性能37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第4章 热处理工艺对钛合金显微组织和力学性能的影响40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 固溶对显微组织和力学性能的影响40-43
• 4.2.1 显微组织41-42
• 4.2.2 固溶处理α相形核及长大42-43
• 4.2.3 力学性能43
• 4.3 时效对显微组织和力学性能的影响43-47
• 4.3.1 显微组织43-44
• 4.3.2 力学性能44-45
• 4.3.2.1 时效温度44-45
• 4.3.2.2 时效时间45
• 4.3.3 时效α相的形核长大45-47
• 4.3.3.1 时效α相形核长大45-46
• 4.3.2.2 弥散析出相的粗化46-47
• 4.4 大尺寸TC4钛合金板材的热处理47-50
• 4.4.1 显微组织47-48
• 4.4.2 拉伸性能48-50
• 4.4.2.1 力学性能48
• 4.4.2.2 断口形貌48-49
• 4.4.2.3 断裂机制49-50
• 4.5 本章结论50-52
• 第5章 TC4靶材侵彻时的变形和断裂行为52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 宏观形貌52-53
• 5.3 靶板形变强化分析53-55
• 5.3.1 弹孔侧壁硬度变化53-54
• 5.3.2 弹孔侧壁边缘沿侵彻方向硬度变化54-55
• 5.4 靶材损伤与断裂分析55-56
• 5.5 侵彻机制56-57
• 5.6 结论57-60
• 第6章 结论60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文68-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陈玉文;β21S钛合金的组织和性能研究[J];材料工程;1998年01期

2 王瑜,林栋梁,周元鑫,夏源明,C.C.Law;Ti-47Al-2Mn-2Nb合金动态拉伸性能的研究[J];金属学报;1998年09期

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本文编号：315552