Ti2448合金相变机制及行为的定量电子显微学研究

发布时间：2021-01-17 07:50

　　Ti-24Nb-4Zr-8Sn（wt.%,Ti2448）合金作为一种亚稳β钛合金具有优异的力学和物理性能,例如,低模量、良好的强度和塑性、高可恢复应变,同时具有可调的热膨胀系数,极好的生物相容性,适用于但不限于生物医学应用。合金所表现的性能通常与材料中的微观结构有关,微观结构的变化经常是由于合金体系中存在各种平衡相和非平衡相的相变引起的。合金最终表现的力学性能取决于其形变机制、微观组织以及结构与成分之间的相互作用。但目前由于这些独特性能的关键机制仍未研究透彻,使得该合金在特定应用中的优化受到了极大的限制。本文通过像差校正和原位透射电子显微技术对Ti2448合金时效和变形过程中的相变机制进行研究,同时为提高材料性能提供了新思路。Ti2448合金在循环加载过程中可以表现出高达3.3%的可逆应变。一般来说,材料的超弹性和形状记忆性能与该材料中的可逆马氏体相变有关。因此,研究材料中的可逆相变及其控制因素一直是材料学家和物理学家的研究热点。在本文中,通过透射电镜的原位拉伸试验在Ti2448合金中发现一种新的可逆菱方ω相变。在加载的过程中,母体β相的对称性从立方结构降低到菱方结构。在卸载外力后,菱... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?ａ相（ａ）和ｐ相（ｂ）的单胞ｌ４Ｕ??Ｆｉ．?１．１．?Ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌｓ?ｏｆ?ａｈａｓｅａａｎｄｐｈａｓｅｂ１４１．??

?第１章绪论???（５）稳定（３钛合金：大量添加ｐ稳定元素（３０％）可使（３相在室温下保持??稳定。稳定Ｐ钛合金类似于难熔金属，密度高，延展性差，可以用于高度专业化??的耐燃和耐腐蚀应用。??ｎ??ａ?Ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ?Ｓｔａｂｌｅ??Ａｌｌｏｙ?ａ?＋?Ｐ?Ａｌｌｏｙ?＾?Ａｌｌｏｙ?Ａｌｌｏｙ??１?＾??１?、、＇?＼??ＩＩ?＇丨?＼ｌ??Ｐ?－?Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｒ?Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ??图１．２钛合金的伪二元相图。??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｓｅｕｄｏ?ｂｉｎａｒｙ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｈａｓｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｉｔａｎｉｕｍ?ａｌｌｏｙｓ．??１．５钛合金中的固态相变??根据合金化学成分、加工和热处理工艺的不同，钛合金可以表现出各种各样??的相变。一些相变可能与ａ到Ｐ的同素异形转变有关，另一些则是沉淀析出反??应，涉及亚稳相的形成和亚稳ａ或Ｐ相分解过程中的平衡相。钛合金中常见的相??变名称和定义如表１．２所示。亚稳ｐ钛合金由于其卓越的力学性能（如超低的弹??性刚度和ｇｕｍ－ｔｙｐｅ的变形行为）而成为目前最有潜力的材料类别。对于生物医??学和航空航天应用来说，这些合金具有其他合金所不能提供的独特优势，而这些??性能与合金中出现的各种相变直接相关。因此，了解这些合金中的相变及其形成??机制尤为重要。??５??

?第１章绪论???ｌｅｄｇｅ”结构，其中ｔｅｒｒａｃｅ是共格的并且是固定的，然而ｌｅｄｇｅ是非共格的并且是??可以移动的，这种界面结构被称为“ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”结构，它具有位错ｂ和一个??高度ｈ的特征。一般认为，ａ相的长大是通过“ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ”的运动控制的闷。??图１．３?ｂｃｃ－ｈｃｐ转变的Ｂｕｒｇｅｒｓ模型丨５丨。??Ｆｉｇ．?１．３．?Ｂｕｒｇｅｒｓ１?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｂｃｃ－ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｃｌｏｓｅ－ｐａｃｋｅｄ?（ｈｅｐ）?ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ１５１．??根据形核位置，ａ相可分为晶界ａ、晶间ａ和晶内ａ相。晶界ａ是在Ｐ相晶??界成核并沿晶界生长的ａ相。晶间ａ是在ｐ相晶界或ａ晶界处成核并生长到（３相??晶粒内部的ａ相。它也被命名为魏氏体ａ。晶内ａ相从缺陷（如空位和位错）或??亚稳相（如Ｐ晶粒内的（〇相或Ｆ相）中成核，并在Ｐ晶粒内生长［４］。??其中，ｗ相在ａ相形核过程中的影响已被广泛报道。对于ｔｏ相和Ｐ相之间??存在较大失配的钛合金，例如Ｔｉ－Ｖ，ａ相一般在ｃｏ／ｐ界面上的失配位错或ｌｅｄｇｅ??上形核［Ｍ］。相反，在ｃｏ相和ｐ相之间表现出较低失配的合金（例如Ｔｉ－Ｍｏ系）??中，（〇析出物呈现球形或椭球形的形态。Ｐｒｉｍａ等人［９Ｈ人为ａ相可以通过位移相??变在ｃｏ相内形核（图１．４ａ），随后在ｃｏ消散的基础上以扩散机制长大形成板状形??态（图１．４ｂ）。当ｃｏ相完全消失后，ｃｔ相的长大是由ａ和Ｐ之间的界面迁移速率??控制（图１．４ｃ）。由于界面宽度方向上的共格性好，界面在宽度方向上的迁移速??率要比长度方向上的迁移速率低（图１．４ｄ）。此外，Ｎａｇ等人［１Ｑ］，Ａｚ


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