钛合金高温形变强韧化机理
钛合金热变形
钛合金热变形
钛合金是一类特殊的金属合金，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能。
在高温条件下，钛合金可能发生热变形，这是由于高温下金属晶格结构的改变和原子热运动的增强导致的。
热蠕变（Creep）：在高温和应力作用下，钛合金可能会发生热蠕变。
这是一种渐进性的塑性变形，主要是由于晶格内部的原子滑移导致的。
热蠕变的发生速率与应力、温度和合金的化学成分等因素密切相关。
高温氧化：高温下，钛合金容易与氧气发生反应，形成氧化物。
这种氧化可能导致表面的脆化和剥落，进而影响合金的性能。
晶粒长大：在高温条件下，钛合金的晶粒可能会发生长大。
这种现象可能导致材料的塑性降低和抗拉强度下降。
为了减缓钛合金的热变形，可以采取以下措施：
合金设计：通过调整合金的成分，可以改变其晶格结构和相变温度，从而提高其高温稳定性。
表面涂层：对钛合金进行表面涂层，可以提高其耐高温氧化的
能力，减缓氧化对合金性能的影响。
热处理：通过合适的热处理工艺，可以调整合金的晶粒结构，改善其高温性能。
总的来说，了解钛合金的热变形特性对于在高温环境下使用这类材料的工程应用至关重要。
合理的材料选择、设计和工艺控制可以最大程度地减缓钛合金的热变形，保障其在高温环境下的可靠性和稳定性。
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究增材制造技术是一种新型的制造方式，它可以快速、准确地将材料加工成所需的形状。
而钛合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空、航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文将从增材制造钛合金tc4的变形及失效机理两个方面进行探讨。
我们来了解一下增材制造钛合金tc4的基本情况。
TC4是一种高温强度和抗蠕变性能优良的钛合金，其成分主要包括Ti(钒)、C(碳)等元素。
在增材制造过程中，TC4可以通过激光熔融成形、电子束成形等方式得到。
与传统的锻造或铸造工艺相比，增材制造具有更高的生产效率和更好的精度控制能力。
随着增材制造技术的应用越来越广泛，人们也逐渐发现了一些问题。
其中最突出的问题就是材料的变形性能和疲劳寿命难以满足实际需求。
这主要是由于增材制造过程中存在的一些缺陷和不足所致。
比如说，在激光熔融成形中，由于材料的熔化和凝固过程受到温度梯度的影响，容易形成内部应力集中区域，从而导致材料的变形性能下降；在电子束成形中，由于材料的蒸发和冷凝过程受到速度场的影响，容易形成表面缺陷和微裂纹，从而导致材料的疲劳寿命缩短。
为了解决这些问题，研究人员们进行了大量的实验和理论分析。
他们发现，要想提高增材制造钛合金tc4的变形性能和疲劳寿命，关键在于优化材料的微观结构和组织形貌。
具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，改进增材制造工艺参数。
比如说，可以通过调整激光功率、扫描速度、冷却剂流量等参数来优化材料的熔化和凝固过程，减少内部应力集中区域的形成；可以通过调整电子束功率、扫描速度、偏转角度等参数来优化材料的蒸发和冷凝过程，减少表面缺陷和微裂纹的形成。
第二，引入新型添加剂。
比如说，可以添加一些纳米颗粒或者复合材料作为添加剂，以改善材料的微观结构和性能。
这些添加剂可以在材料中形成一些特殊的位点或者界面，从而起到增强强度、降低变形、提高疲劳寿命的作用。
第三，探索新的材料组合。
比如说，可以将钛合金与其他金属或者非金属材料进行复合，以获得更好的性能表现。
钛合金的热处理基本原理(一)
钛合金的热处理基本原理(一)钛合金的热处理基本1. 什么是钛合金的热处理？钛合金是一种轻巧、高强度、耐腐蚀的金属材料。
然而，由于钛合金的制造过程中可能会导致材料内部存在一些不稳定晶相或缺陷，因此需要进行热处理。
热处理是通过加热和冷却的不同方式改变钛合金的晶体结构和性能，以达到所需的材料性能。
本文将介绍钛合金热处理的基本原理和常用方法。
2. 钛合金的热处理原理钛合金的热处理原理基于以下两个基本原则：固溶处理原理固溶处理是指将钛合金加热至其固溶温度以上，使合金中的溶质原子均匀地溶解在基体晶格中。
通过固溶处理，可以消除钛合金中的不稳定相，提高合金的强度和塑性。
相变处理原理相变处理是指在固溶处理的基础上，通过控制冷却速度使钛合金的晶体结构发生相变。
相变处理可以改变钛合金的晶体结构和晶界形貌，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
钛合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理两种。
下面将分别介绍这两种方法：固溶处理固溶处理是钛合金热处理的基础步骤，它可以消除钛合金中的不稳定相和缺陷，提高合金的强度和塑性。
固溶处理的具体步骤如下：•加热：将钛合金加热至其固溶温度以上，一般在摄氏度范围内。
•保温：保持合金在固溶温度下足够长的时间，使溶质原子充分溶解在基体中。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定溶质原子在基体中。
时效处理时效处理是在固溶处理的基础上进行的钛合金热处理方法，通过控制冷却速度，使合金的晶体结构发生相变，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
时效处理的具体步骤如下：•固溶处理：按照固溶处理的方法对钛合金进行加热和冷却处理。
•时效处理：将处理过的钛合金再次加热至合金中存在的稳定相的温度，并保持一段时间。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定相变后的晶体结构。
钛合金的热处理广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
通过热处理，可以增加钛合金的强度和保持其良好的耐腐蚀性能，提高材料的使用寿命。
5. 结论钛合金热处理是一种重要的材料加工方法，通过固溶处理和时效处理可以调整钛合金的晶体结构和性能。
TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究
第25卷 第4期2005年8月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 25,N o .4 A ugust 2005TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究徐文臣,单德彬,李春峰,吕 炎(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)摘要:为了研究TA 15(T -i 6A -l 2Z r -1M o -1V )钛合金的动态热变形行为,采用圆柱试样在G leeb l e -1500热模拟机上进行了恒应变速率压缩变形试验(变形温度550~1000e ,变形速率0101~1s -1),计算了材料的变形激活能Q 并观察了热变形组织。
结果表明,材料的流动应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。
材料的流变行为表现为加工硬化(550~600e )、动态再结晶(650~900e )、动态回复(950~1000e )三种类型。
材料在(A +B )相区的热变形激活能为517kJ /mo ,l B 相区为205kJ /mo l 。
流动应力曲线、变形激活能以及变形组织分析表明,在A +B 相区动态再结晶是材料的主要软化机制,而在B 相区软化机制则以动态回复为主。
随着变形速率的降低,在(A +B )双相区动态再结晶进行得更加充分,而在B 相区则动态回复的亚晶趋于长大。
关键词:热压缩;变形激活能;加工硬化;动态再结晶;动态回复;亚晶中图分类号:TG146.23 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2005)04-0010-07收稿日期:2004-09-10;修订日期:2005-04-01作者简介:徐文臣(1976-),男,博士研究生。
TA15(T -i 6A -l 2Zr -1M o -1V )是与俄罗斯研制的BT20钛合金相似的一种近A 钛合金,具有较高的比强度、抗蠕变性、耐腐蚀性以及良好的焊接性能,在航空航天工业中广泛应用,如在前苏联第三代先进歼击机上,BT20钛合金的单机毛坯用量占整个钛合金毛坯用量的70%左右,应用在中央翼下壁板、承力框和进气道格栅防护罩等关键零件上[1~3]。
TC21钛合金
前言TC21为高强高韧钛合金,名义成分为Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb,是目前我国高强高韧钛合金综合力学性能匹配较好的钛合金之一,可用于航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位,以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。
利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800~920℃温度范围和0.01~1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。
结果显示,与TC21钛合金相比, TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H 钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善钛合金氢处理是利用氢的可逆合金化作用,通过合理控制合金中的氢含量及其存在状态,在不改变材料整体状态的前提下,形成有利于改善加工性能的组织结构,改善钛合金加工性能的一项新技术,近些年,受到国内外学者的广泛关注,在置氢组织转变、置氢塑性加工、切削加工、连接加工以及采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。
结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。
随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。
当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。
综述了高强高韧损伤容限型钛合金TC21的热加工行为研究进展。
重点介绍了热加工及热处理工艺参数对TC21钛合金的相组成、显微组织与力学性能、损伤容限性能等方面的影响。
钛合金相变和热处理
钛合金相变和热处理钛合金相变和热处理钛合金是一种重要的结构材料，由于其高强度、低密度、耐腐蚀等特性被广泛应用于航空、航天、乃至医疗等领域。
然而，钛合金也存在一些问题，比如钛合金制品在加工过程中容易发生热变形、热裂纹等现象。
为了有效解决这些问题，对于钛合金的相变和热处理技术研究显得尤为重要。
一、钛合金相变1.1 α、β相钛合金有两种最重要的晶体结构—α相和β相，其中β相是在高温下稳定的相，而α相则在低温下稳定。
因为在两相之间存在一个相变温度范围，所以经过一定的热处理，钛合金可以发生相变，从而对其性质产生影响。
1.2 钛合金的变形机制由于钛合金属于典型的自由刃转式金属，其变形主要是通过晶间滑移和晶内滑移来实现。
晶间滑移的产生势必会导致晶粒的增长，从而导致强度的降低。
二、钛合金热处理钛合金的热处理是为了在完全可控的条件下，通过调控钛合金的组织和性质，去满足钛合金在不同应用场合下的各种性能要求。
2.1 固溶处理固溶处理的目的通常是增强钛合金的塑性和韧性，以及提高其热加工能力。
固溶处理主要利用固溶元素在在母相中溶解来改变钛合金的性质。
2.2 时效处理时效处理的目的是在固溶处理后，通过加以热处理及定时保温，使强度达到最高的状态。
时效处理的工艺参数和过程控制对钛合金的性能和成本影响较大，必须严格控制。
2.3 稳定化处理由于钛合金热变形发生的条件较苛刻，通过稳定化处理可以调节相的转变，以提高钛合金的热加工性能。
稳定化处理的方法包括多元元素稳定化处理和超塑性稳定化热处理。
三、总结综上所述，钛合金相变和热处理的研究对于钛合金的应用至关重要。
合适的热处理（如固溶处理、时效处理以及稳定化处理）对于钛合金的性能和应用具有重要的影响。
因此，采用合适的热处理方法研究钛合金的相变和性能具有非常重要的意义。
TA1热变形行为及工艺参数优化
TA1热变形行为及工艺参数优化专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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钛合金中fe元素含量对其热变形的影响
钛合金中fe元素含量对其热变形的影响钛合金是一种重要的结构材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
其中，铁元素是钛合金中的一种重要合金元素，对其力学性能和耐腐蚀性能有着重要的影响。
本文将探讨钛合金中Fe元素含量对其热变形的影响。
一、钛合金中Fe元素的作用钛合金中的Fe元素主要通过固溶强化和析出强化的方式来提高其力学性能。
固溶强化是指将Fe元素溶解在钛合金的α相中，使其晶格发生畸变，从而提高了钛合金的强度和硬度。
析出强化是指在钛合金中形成Fe的化合物，如FeTi、Fe2Ti等，这些化合物可以在晶界和晶内析出，从而提高了钛合金的强度和耐腐蚀性能。
二、钛合金中Fe元素含量对热变形的影响钛合金在高温下容易发生热变形，如热膨胀、热裂纹等。
钛合金中Fe 元素含量的变化会对其热变形性能产生影响。
1. 热膨胀性能钛合金中Fe元素含量的增加会导致其热膨胀系数的增加。
这是因为Fe元素的加入会使钛合金的晶格发生畸变，从而增加了其晶格的热膨胀系数。
因此，在钛合金的设计和制造中，需要根据具体的应用要求来选择合适的Fe元素含量。
2. 热裂纹敏感性钛合金在高温下容易发生热裂纹，而Fe元素的加入会增加钛合金的热裂纹敏感性。
这是因为Fe元素的加入会使钛合金的晶界和晶内析出Fe的化合物，从而增加了钛合金的晶界和晶内的应力集中程度，从而增加了其热裂纹敏感性。
因此，在钛合金的设计和制造中，需要控制Fe元素的含量，以减少其对钛合金热裂纹敏感性的影响。
三、结论钛合金中Fe元素含量对其热变形性能有着重要的影响。
Fe元素的加入可以通过固溶强化和析出强化的方式来提高钛合金的力学性能和耐腐蚀性能，但同时也会增加钛合金的热膨胀系数和热裂纹敏感性。
因此，在钛合金的设计和制造中，需要根据具体的应用要求来选择合适的Fe元素含量，以实现最佳的性能表现。
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锻后水冷的组织在随后的低温时效过程中分解 ,降低合金 的热稳定性. 因此 , 如何解决钛合金强度 - 塑性 - 韧性的 相互匹配 , 一直是钛合金科学工作者努力解决的课题.
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金 属 学 报
35 卷
1 高温形变强韧化的设计 文献[5]指出 , 魏氏α的断裂韧性和抗蠕变能力比等
轴α好. 单就提高合金蠕变性能和断裂韧性而言 , 应尽量 增加合金组织中魏氏α相的相对含量 , 但要受塑性下降的 限制 , 等轴初生α含量不能过低. 研究结果证明[6] , 只要组 织中含有 10 % —15 %的等轴α, 塑性不会过于下降 , 超过 20 %对塑性也无裨益 , 而会抑制其它性能的发挥. 因此 , 钛合金强韧化设计的理论基础是将初生 α含量控制在 20 %左右 , 可获得强度 - 塑性 - 韧性的最佳匹配.
p ha (φα) and t heheating temperature of TC11 alloy ● equiaxed α ○ transformed β
(相变点以下 40 ℃左右) , 初生α含量随温度的变化不大 ; 只有当温度升高到相变点以下 10 —15 ℃时 , 初生α才能迅 速降至 10 % —15 % , 加上变形及热处理发生的再结晶增加 的 10 %左右的等轴 α相 , 可以使 α相的总含量控制在 20 %左右.
摘 要 详细研究并讨论了钛合金高温形变强韧化机理. 结果表明 , 三态组织中少量等轴α相与基体β相没有固定的位向关 系 , 位错容易找到可开动的滑移面 , 对变形起着协调作用 , 因而合金具有较高的塑性;大量网篮交织的条状α, 不仅增加了相界 面 , 提高了合金的强度与抗蠕变能力 , 而且不断改变裂纹扩展方向 , 导致裂纹路径曲折、分枝多 , 断裂韧性好. 新的变形理论适 用于α,近α, (α+β) 和近β型钛合金. 关键词 高温形变 , 强韧化机理 , 三态组织 , 钛合金 中图法分类号 T G146. 2 文献标识码 A 文章编号 0412 - 1961 (1999) 01 - 0045 - 48
AN INVESTIGATION OF HIGH - TEMPERATURE DEFORMA2 TION STRENGTHENING AND TOUGHENING
MECHANISM OF TITANIUM ALLOY
Z HO U Y i gang , Z EN G W ei don g , L I Xiaoqi n , Y U Hanqi ng
国内外对(α+β) 钛合金的变形通常是在相变点以下 30 —50 ℃进行 , 称为常规锻造. 常规锻造获得的等轴组织 具有室温强度高、塑性好等优点 , 但其高温性能、抗疲劳裂 纹扩展能力和断裂韧性较差[1]. 50 年代后期 , Croan 等人[2] 提出了β锻造工艺 ,其优点是提高了合金的抗蠕变性能、冲 击和断裂韧性 , 但是明显降低塑性和热稳定性 , 导致“β脆 性”和“组织遗传性”[3]. 60 年代初 , Sheegarev 等人[4]提出的 形变热处理理论 , 有效地提高了合金的强度和韧性 ,但是
第 35 卷 第 1 期 1999 年 1 月
金属学报
ACTA M ETALL U R GICA SIN ICA
Vol. 35 No . 1 J anuary 1 9 9 9
钛合金高温形变强韧化机理 3
周义刚 曾卫东 李晓芹 俞汉清
曹春晓
(西北工业大学材料科学与工程学院 , 西安 710072) (北京航空材料研究院 , 北京 100095)
2 实验结果与分析 2. 1 显微组织
从图 2 可以看到 , 传统的常规锻造获得等轴组织 (图 2a) ,β锻造获得网篮组织(图 2c) , 而近β锻造得到三态组 织(图 2b) . 三态组织是由体积分数 (下同) 分别为 10 % — 20 %的等轴α,50 % —60 %网篮交织的条状α和转变β基 体构成的多层次组织. 等轴α是坯料加热未超过相变点而 被保留下来的 ; 一定宽长比的条状α是变形及冷却产生的 次生α相在均匀化和高温处理时进一步聚集长大形成的. 由于变形后采用快速水冷 , 保留了大量的晶体缺陷 , 因而 结晶核心多 , 条状α和转变β基体中的魏氏α相尺寸细 小、无固定方式排列且呈网篮状交织. 2. 2 力学性能
%
1061 1018 14. 8 46. 2 1087 14. 0 38. 8 1081 12. 0 31. 7
1098 1049 16. 8 43. 8 1109 15. 0 37. 7 1153 16. 6 36. 6
1083 990 12. 8 19. 6 1069 11. 3 17. 0 1094 10. 2 16. 4
TC11( Ti - 6. 5Al - 3. 5Mo - 1. 5Zr - 0. 3Si (质量分 数 , %) )合金等轴初生α含量(φα , 体积分数) 随加热温度 的变化关系见图 1. 由图可以看出 , 加热温度低于 960 ℃时
图 1 TC11 合金加热温度与等轴 α含量的关系 Fig. 1 Correlation between t he volume fraction of equiaxed al2
图 2 常规锻 、近β锻和β锻获得的显微组织 Fig. 2 Optical microstructures developed by conventional forging , near beta forging and beta forging (a) equiaxed microstructure developed by conventional forging (b) tri - modal microstructure developed by near beta forging (c) lamellar microstructure developed by beta forging
本文提出的钛合金高温形变强韧化工艺 (又称近 β锻 造工艺) ,是在相变点以下 10 —15 ℃加热、变形. 为控制变 形温度 , 以坯料的平均相变点确定名义加热温度 , 并采用 金相试样法测定和控制炉温精度. 变形后快淬的锻件经两 次高温加一次低温的强韧化处理后 , 获得由一定数量的等 轴初生α、条状α构成的网篮和转变β基体组成的三态组 织 , 从而克服了以往研究的不足 , 使合金的强度 - 塑性 韧性得以兼顾.
Corres pon dent : Z HO U Y i gang , p rof essor , Tel : ( 029) 8493939 , Fax : ( 029) 8491000 ,
E - m ail : zengjiang @hot m ail . com
Manuscript received 1998 - 05 - 12 ,in revised form 1998 - 08 - 11
1 期
周义刚等 : 钛合金高温形变强韧化机理
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Forging met hod
Conventional Near β β
表 1 TC11 钛合金的室温拉伸性能和热稳定性 Table 1 Room - temperature tensile and t hermal stability of TC11 alloy
ABSTRACT The high - temperat ure deformation st rengt hening and toughening mechanisms have been investigated. It is found t hat equiaxed alp ha p hases in t ri - modal microst ruct ure have no inherent orien2 taion wit h t ransformed beta mat rix , dislocations can easily find t heir slip plane , so t hey give coordination of materials’deformation , and result in higher ductility. The st riat ure alp ha p hases not only increase t he st rengt h and creep properties , but also change t he cracks’propagation directions , t hus cracks make a more winding way along or cross grain boundary between st riat ure alp ha p hases , and materials show a higher f ract ure toughness. This new deformation t heory applies to α,near α, (α+β) and β titanium alloys. KEY WORDS high - temperat ure deformation , st rengt hening and toughening mechanism , t ri - modal microst ruct ure , titanium alloy
Room - emperature tensile property Thermal stability
σb
σ0. 2
δ
MPa MPa
%
ψ 500 ℃, 100 h 500 ℃, 100 h
%
σb
δ
ψ
σb
δ
ψ
M Pa%%MFra bibliotekPa%
表 2 TC11 钛合金的高温拉伸 、持久和蠕变性能