Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金中α相的析出行为及对力学性能的影响

发布时间：2021-06-13 23:23

　　对比研究了Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金双时效和单时效对α相析出行为及力学性能的影响。组织观察显示,合金固溶淬火后得到等轴β晶粒。经过低温预时效后,在β晶内获得均匀弥散的α相团簇组织,但在β晶界出现无析出区（PFZ）。这种β晶内/晶界分区析出特征直接影响后续高温时效形貌。双时效后,在β晶内析出细小均匀的α相,但在β晶界,α相呈粗大片状。与之相比,单时效后,α相分布较为均匀,都为粗大层片。拉伸结果表明,与单时效试样相比,双时效试样抗拉强度高达约1630 MPa,但延伸率较差（约2%）。这种高强度归结为组织中亚微米、纳米量级α粒子强烈的析出强化效应,而急剧的延性损失主要源于β晶界处粗大α片诱发的形变局域化进而导致早期沿晶脆性断裂。 

【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(06)北大核心EISCICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

2种热处理工艺流程图

图3显示的是合金试样经过低温预时效(350℃保温2 h，空冷)后的TEM像。可以看出，在β晶内析出了分布比较均匀的团簇组织，直径在200 nm左右（图3a）。仔细观察，这些团簇由许多纳米细针组成。相比于固溶组织的衍射斑点，预时效后{002}β、{110}β、{112}β斑点围成的矩形中衍射条纹变得更为清晰，甚至在个别位置出现孤立斑点。斑点标定表明，这些条纹对应着ω相，而在1/2{112}β位置处的斑点对应为α相，如图3a插图中箭头所示。因此，结合TEM明场像，可以知道，这些纳米细针为α相。可能通过如下过程形成：固溶淬火析出的无公度胚胎型ω相在随后的低温预时效过程中逐渐转变为有公度等温ω相，同时伴随着元素再分配。在等温ω相内部合适的浓度和晶体结构位置处，纳米α针形核生长[9]。同时，还可以观察到，在β晶界附近并不形成这种α团簇组织，典型形貌如图3b所示。也就是说，在β晶界附近形成无析出相区（precipitate free zone,PFZ）。PFZ宽度在3μm左右。这种PFZ现象在其他一些亚稳β钛合金中也被观察到，如Ti-13V-11Cr-3Al[16]、Ti-35Nb-7Ta[17]。

合金试样经过单时效和双时效后，物相都由α相和β相组成，由于篇幅限制，这里不再给出相应的XRD图谱。图4显示的是经过两种时效制度处理后的SEM形貌。可见，双时效试样在较低时效温度(440℃)下即可快速实现β晶内α粒子的均匀析出(图4a)。SEM进一步放大显示，α相为等轴粒子，尺寸在100 nm左右。但是，在β晶界附近，析出的α相呈针状，尺寸相对于β晶内α粒子粗大，数量密度较少。其分布具有一定厚度，尺寸也在3μm左右，这与低温预时效时产生的β晶界无析出区(PFZ)有关(图3b)。单时效相同温度后，α相在β晶界大量析出，但在β晶内析出数量较少且不均匀，出现大量无析出区(PFZ)。并且α相呈针状，相对于双时效析出的α相明显粗大，并且尺寸变化范围较大(图4b)。

【参考文献】：
期刊论文
[1]时效工艺对Ti1023合金微观组织和力学性能的影响[J]. 陈威,孙巧艳,肖林,孙军,葛鹏.  稀有金属材料与工程. 2011(04)



本文编号：3228555