退火温度和冷却速率对Ti-6Al-4V相变组织及织构特征的影响规律研究
发布时间：2021-10-02 03:29
本论文选取典型的双相Ti-6Al-4V（TC4）合金（热轧态）为研究对象,综合采用X射线衍射（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、电子通道衬度（ECC）成像、能谱分析（EDS）等多种测试分析方法对α+β两相区和完全β相区退火后的微观组织及织构特征进行了细致地表征,系统地研究了冷却速率对TC4板材组织、织构变化的关联规律,并深入探究了不同冷却速率下材料的微观组织与硬度变化之间的相互关系。此外,本研究还讨论了TC4合金相变过程中的变体选择行为及其长大过程。主要研究结论如下:（1）收货态TC4板材（热轧态）具有以α-Ti和β-Ti为主要相和次要相的典型双相组织,它们分别是近似等轴的基体晶粒（α相）和散乱分布于晶界处的黑色短棒状第二相（β相）。其中,大部分α基体属于未再结晶组织（存在大量小角度晶界）,具有c//TD（横向）和<11-20>//ND（法向）的轧制织构特征。这些小角度晶界是前期热轧过程中引入的位错界面,具有较高的储存能,其转轴集中在<0001>方向,这与密排六方金属中大量柱面a滑移（{10-10}<11-20>）的开动有关。（2）经α+β两相区...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
α与β相之间Burgers位向关系的示意图[13]
1绪论7图1.2随V元素含量变化的Ti-6Al相平衡示意图[33]Fig.1.2Ti-6AlphasediagramwithVanadium(V)content[33]Ma等[36]通过对TC4合金分别在750°C~1000°C保温60min并均以水冷的方式进行热处理的实验结果表明，退火温度主要影响α晶粒的形态以及α与β晶粒之间的含量比例。此外，材料在1000°C（对应完全β相区）进行热处理时，最终生成细长的针状马氏体；当温度为950°C（对应α+β相区）时，其组织主要由α和β转变组织组成。事实上，当温度低于Tβ时，TC4合金中同时含有一定数量的α和β相，随着加热温度的升高，达到同素异构转变点时，其初生α相含量减少，β相含量增多，当温度超过Tβ时，材料中即为完全的β相[37,38]。因此，Tβ的测定对钛合金热处理实验中微观组织影响规律的研究尤为关键，是制定材料热处理工艺和选择热加工变形参数的重要依据。何伟等[39]综合采用计算法、差热分析法和连续升温金相法测得其原始态TC4棒材的Tβ为998°C。但Tβ对材料的合金元素极为敏感，因此，不同批次的TC4材料，其相变点会有所波动[40]。查阅相关文献[11,41,42]可以知道，对于大多数的TC4合金而言，其Tβ约为995±5°C。Tiley等[43]通过对1050°C热处理后的TC4合金的微观结构和性能进行表征和定量分析，发现α板条的尺寸越细小，材料可获得越大的极限拉伸应力(UTS)。对其在两相区进行热处理后，α和β相的相对含量、形貌、尺寸及织构特征将发生更为复杂的变化，这可能使材料在获得较高强度的同时拥有良好塑性[44]。张嫦娟[45]对热轧后的TC4合金板材进行了760°C~800°C的小温度范围退火实验，发现经800°C退火后，材料的晶粒与760°C退火时相比，有较为明显的长大，同时更加趋于等轴状，从而提高
重庆理工大学硕士学位论文8了其力学性能。梁爽等[46]曾针对热轧后的TC4合金分别在750°C和850°C下保温1h的退火处理，并都采用空冷的方式冷却至室温，对其进行组织与性能的对比分析表明，退火温度越高，α晶粒越多且趋于等轴化，力学性能越好。Guo等[47]研究了TC4合金在930°C~975°C热处理后α晶粒与β晶粒的形貌特征与尺寸对其强塑性和断裂韧性的影响规律，结果如图1.3所示。顾晓辉等[48]观察分析了TC4合金在两相区进行淬火和时效处理后的显微组织，并进行了性能测试，发现合金的显微组织随淬火温度的升高而粗化，强度随淬火温度的升高先增加后降低，而塑性和冲击韧性随淬火温度的升高不断降低。图1.3TC4合金经不同温度固溶处理后的微观组织形貌：(a)930°C;(b)955°C;(c)975°C;(d)初生α晶粒的含量与抗拉强度间的关系[47]Fig.1.3MicrostructuresofTC4alloyaftersolutiontreatmentatdifferenttemperatures:(a)930°C;(b)955°C;(c)975°C;(d)relationshipbetweenprimaryαratioandtensilestrength[47]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Misorientation characteristics and textural changes induced by dense twins in high-purity Ti sheet after small strain rolling[J]. DAI JiaHong,ZENG LingGuo,LI ZhiJun,CHAI LinJiang,ZHENG ZhiYing,WU Hao,MURTY K.L.,GUO Ning. Science China（Technological Sciences）. 2019(11)
[2]Rolling texture and its effect on tensile property of a near-α titanium alloy Ti60 plate[J]. Wenyuan Li,Zhiyong Chen,Jianrong Liu,Shaoxiang Zhu,Guoxin Sui,Qingjiang Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(05)
[3]Dependence of mechanical properties on the microstructure characteristics of a near β titanium alloy Ti-7333[J]. Ruifeng Dong,Jinshan Li,Hongchao Kou,Jiangkun Fan,Bin Tang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[4]EBSD Study of Microstructural and Textural Changes of Hot-Rolled Ti–6Al–4V Sheet After Annealing at 800 ℃[J]. Ji-Ying Xia,Lin-Jiang Chai,Hao Wu,Yan Zhi,Yin-Ning Gou,Wei-Jiu Huang,Ning Guo. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(11)
[5]Influence of alloy element partitioning on strength of primary α phase in Ti-6Al-4V alloy[J]. L.R.Zeng,H.L.Chen,X.Li,L.M.Lei,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(05)
[6]铸锭成分对TC4钛合金相变点及锻造组织的影响[J]. 张嫦娟. 热加工工艺. 2017(21)
[7]钛合金相变点概述[J]. 王松茂,白新房,朱波,夏金华,王涛,马晓晨,马宇. 西安文理学院学报(自然科学版). 2017(04)
[8]热处理对TC4热轧棒材组织与性能的影响[J]. 梁爽,刘智鑫,孙雪娇,纪良博. 世界有色金属. 2017(09)
[9]新型医用钛合金材料的研究进展[J]. 于杰,朱明康,闻明,张俊敏. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[10]TC4钛合金在小温度范围退火时的力学性能演变[J]. 张嫦娟. 热加工工艺. 2016(24)
硕士论文
[1]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
本文编号：3417921
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
α与β相之间Burgers位向关系的示意图[13]
1绪论7图1.2随V元素含量变化的Ti-6Al相平衡示意图[33]Fig.1.2Ti-6AlphasediagramwithVanadium(V)content[33]Ma等[36]通过对TC4合金分别在750°C~1000°C保温60min并均以水冷的方式进行热处理的实验结果表明，退火温度主要影响α晶粒的形态以及α与β晶粒之间的含量比例。此外，材料在1000°C（对应完全β相区）进行热处理时，最终生成细长的针状马氏体；当温度为950°C（对应α+β相区）时，其组织主要由α和β转变组织组成。事实上，当温度低于Tβ时，TC4合金中同时含有一定数量的α和β相，随着加热温度的升高，达到同素异构转变点时，其初生α相含量减少，β相含量增多，当温度超过Tβ时，材料中即为完全的β相[37,38]。因此，Tβ的测定对钛合金热处理实验中微观组织影响规律的研究尤为关键，是制定材料热处理工艺和选择热加工变形参数的重要依据。何伟等[39]综合采用计算法、差热分析法和连续升温金相法测得其原始态TC4棒材的Tβ为998°C。但Tβ对材料的合金元素极为敏感，因此，不同批次的TC4材料，其相变点会有所波动[40]。查阅相关文献[11,41,42]可以知道，对于大多数的TC4合金而言，其Tβ约为995±5°C。Tiley等[43]通过对1050°C热处理后的TC4合金的微观结构和性能进行表征和定量分析，发现α板条的尺寸越细小，材料可获得越大的极限拉伸应力(UTS)。对其在两相区进行热处理后，α和β相的相对含量、形貌、尺寸及织构特征将发生更为复杂的变化，这可能使材料在获得较高强度的同时拥有良好塑性[44]。张嫦娟[45]对热轧后的TC4合金板材进行了760°C~800°C的小温度范围退火实验，发现经800°C退火后，材料的晶粒与760°C退火时相比，有较为明显的长大，同时更加趋于等轴状，从而提高
重庆理工大学硕士学位论文8了其力学性能。梁爽等[46]曾针对热轧后的TC4合金分别在750°C和850°C下保温1h的退火处理，并都采用空冷的方式冷却至室温，对其进行组织与性能的对比分析表明，退火温度越高，α晶粒越多且趋于等轴化，力学性能越好。Guo等[47]研究了TC4合金在930°C~975°C热处理后α晶粒与β晶粒的形貌特征与尺寸对其强塑性和断裂韧性的影响规律，结果如图1.3所示。顾晓辉等[48]观察分析了TC4合金在两相区进行淬火和时效处理后的显微组织，并进行了性能测试，发现合金的显微组织随淬火温度的升高而粗化，强度随淬火温度的升高先增加后降低，而塑性和冲击韧性随淬火温度的升高不断降低。图1.3TC4合金经不同温度固溶处理后的微观组织形貌：(a)930°C;(b)955°C;(c)975°C;(d)初生α晶粒的含量与抗拉强度间的关系[47]Fig.1.3MicrostructuresofTC4alloyaftersolutiontreatmentatdifferenttemperatures:(a)930°C;(b)955°C;(c)975°C;(d)relationshipbetweenprimaryαratioandtensilestrength[47]
【参考文献】：
期刊论文
[1]Misorientation characteristics and textural changes induced by dense twins in high-purity Ti sheet after small strain rolling[J]. DAI JiaHong,ZENG LingGuo,LI ZhiJun,CHAI LinJiang,ZHENG ZhiYing,WU Hao,MURTY K.L.,GUO Ning. Science China（Technological Sciences）. 2019(11)
[2]Rolling texture and its effect on tensile property of a near-α titanium alloy Ti60 plate[J]. Wenyuan Li,Zhiyong Chen,Jianrong Liu,Shaoxiang Zhu,Guoxin Sui,Qingjiang Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(05)
[3]Dependence of mechanical properties on the microstructure characteristics of a near β titanium alloy Ti-7333[J]. Ruifeng Dong,Jinshan Li,Hongchao Kou,Jiangkun Fan,Bin Tang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[4]EBSD Study of Microstructural and Textural Changes of Hot-Rolled Ti–6Al–4V Sheet After Annealing at 800 ℃[J]. Ji-Ying Xia,Lin-Jiang Chai,Hao Wu,Yan Zhi,Yin-Ning Gou,Wei-Jiu Huang,Ning Guo. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(11)
[5]Influence of alloy element partitioning on strength of primary α phase in Ti-6Al-4V alloy[J]. L.R.Zeng,H.L.Chen,X.Li,L.M.Lei,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(05)
[6]铸锭成分对TC4钛合金相变点及锻造组织的影响[J]. 张嫦娟. 热加工工艺. 2017(21)
[7]钛合金相变点概述[J]. 王松茂,白新房,朱波,夏金华,王涛,马晓晨,马宇. 西安文理学院学报(自然科学版). 2017(04)
[8]热处理对TC4热轧棒材组织与性能的影响[J]. 梁爽,刘智鑫,孙雪娇,纪良博. 世界有色金属. 2017(09)
[9]新型医用钛合金材料的研究进展[J]. 于杰,朱明康,闻明,张俊敏. 昆明理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[10]TC4钛合金在小温度范围退火时的力学性能演变[J]. 张嫦娟. 热加工工艺. 2016(24)
硕士论文
[1]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
本文编号：3417921
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