TC21合金熱氫處理及室溫變形行為研究.pdf

1、TC21合金是我國新開發(fā)的一種高強、高韌和高損傷容限鈦合金，其綜合力學(xué)性能匹配較好，適用于大型航空構(gòu)件。同大多數(shù)鈦合金一樣，TC21合金熱變形溫度高，冷變形易開裂，流動應(yīng)力大，加工困難。鈦合金的熱氫處理技術(shù)是把氫作為一種臨時合金元素，利用氫致塑性、氫致相變以及氫在鈦合金中的可逆合金化等作用，來改善鈦合金的顯微組織和加工性能。但是由于對氫致室溫塑性理論研究上的不足，使得用熱氫處理來改善鈦合金室溫成形性能的技術(shù)仍然難以進入實際應(yīng)用。本文針對

2、這些問題，進行了深入研究。
　　本文基于TC21合金的熱氫處理實驗和室溫壓縮實驗，采用現(xiàn)代材料分析測試方法，深入研究了氫作為臨時合金元素對TC21合金的吸氫特性、組織演變和室溫力學(xué)性能的影響，討論了δ氫化物的形成機制，揭示了置氫TC21合金室溫增塑機理，制定了利于TC21合金室溫塑性成形的最佳置氫處理工藝和成形工藝條件，并對置氫TC21合金進行了除氫實驗，制定了最佳除氫處理工藝。結(jié)果顯示:氫化溫度對TC21合金的吸氫特性和組織演變

3、有顯著影響。在相同的初始氫壓下，當(dāng)氫化溫度為600℃時，合金的初始吸氫速率和最終吸氫量最大。在合金中添加0.68wt.％的氫后，β相變點降至750℃以下，但仍高于650℃。針狀的δ氫化物和細小的α2析出相出現(xiàn)在經(jīng)550℃氫化的合金中，而大量片狀的δ氫化物出現(xiàn)在經(jīng)650℃氫化的合金中，而經(jīng)750℃氫化的合金中幾乎都是β相。經(jīng)750℃置氫后，TC21合金中出現(xiàn)了α'馬氏體和δ氫化物，隨著氫含量的增加，α相和α'馬氏體的數(shù)量逐漸減少，而β相和

4、δ氫化物的數(shù)量逐漸增多，δ氫化物先是沿著晶界/相界分布，隨后在β相內(nèi)和晶內(nèi)形成。置氫TC21合金的室溫壓縮性能與不同相的比例和氫的存在形式強烈相關(guān)，當(dāng)氫含量介于0.6-0.9wt.％時，合金中α相和α'馬氏體的數(shù)量較少，韌性較好的β相成為主要相，并且大量氫原子固溶在β相中，少量δ氫化物散落在晶界/相界處，合金的室溫塑性得到了明顯提高。壓縮速度對置氫TC21合金的室溫壓縮性能有顯著影響，低速壓縮下，TC21-0.9H合金的極限壓縮率增幅超

5、過30％，快速壓縮下，機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，逆共析反應(yīng)導(dǎo)致晶界/相界處的δ氫化物溶解，TC21-0.9H合金的極限變形率增幅超過100％。合適的氫含量不僅能夠增加TC21合金的室溫塑性，而且也能降低合金塑性變形過程中的流動應(yīng)力，壓縮實驗下TC21-0.9H合金的流動應(yīng)力在塑性變形階段降低了150-240MPa。熱分析實驗結(jié)果顯示，當(dāng)加熱溫度低于500℃時，置氫TC21合金中沒有明顯的相變;當(dāng)加熱溫度超過500℃時，置氫合金中的含氫亞穩(wěn)相開始

6、分解，且當(dāng)加熱溫度介于500℃至700℃時，合金失重速率最大。置氫TC21在750℃除氫4h后，或者在800℃除氫2h后，合金中的氫得以除盡，但合金在750℃除氫時，其顯微組織細化效果最好，合金的屈服強度、抗壓強度和顯微硬度增加，而極限壓縮率下降。根據(jù)以上實驗結(jié)果，確定了利于TC21合金室溫塑性成形的最佳置氫處理工藝和成形工藝條件，TC21合金的氫化溫度至少為750℃，最佳氫含量為0.9wt.％，快速成形時，置氫TC21合金室溫成形性能