含硼鈦合金高溫變形及組織性能研究.pdf

1、鈦合金具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在航空航天、汽車、船舶、生物材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通常，鑄造鈦合金的晶粒非常粗大，需要在高溫開坯鍛造破碎粗大的晶粒，并通過再結(jié)晶獲得細小的等軸組織，但開坯鍛造過程增加了生產(chǎn)工時、工件成本和能耗。通過一定手段細化鑄錠晶粒尺寸，并限制其在高溫的長大過程，從而提高其塑性成形能力，鑄態(tài)合金有可能省略開坯工序而直接軋制獲得所需的板材，這對于降低生產(chǎn)成本、縮短工時和降低能耗無疑都是有益的。依據(jù)這一思路，本文研究

2、了少量B/TiB2對?+?型（Ti-6Al-4V）和近?型（Ti-B20）兩類典型鈦合金的晶粒細化作用、B/TiB2與Ti反應(yīng)原位生成的Ti B晶須對高溫?zé)岜┞稌r晶粒長大的限制作用、含硼鈦合金的直接軋制成形能力、直接軋制獲得軋板的組織和性能以及常規(guī)鍛造/熱處理對含硼鈦合金組織和性能的影響。研究中綜合運用了XRD、SEM、TEM、EBSD及萬能強度試驗機等現(xiàn)代分析和測試手段，表征了鑄態(tài)及軋態(tài)合金的顯微組織形貌、相結(jié)構(gòu)、織構(gòu)及力學(xué)性能。

3、r>　　對晶粒細化以及組織穩(wěn)定性的研究結(jié)果表明，少量 TiB2顯著細化了Ti-6Al-4V合金和Ti-B20合金的鑄態(tài)晶粒及?板片，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.32％的TiB2可以使晶粒尺寸減小約一個數(shù)量級，同時質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.32%也是細化效果的拐點，過多的TiB2添加不會使晶粒尺寸進一步減小。TiB2對鈦合金的晶粒細化歸因于凝固過程中元素B在固-液界面前沿建立起的成分過冷，成分過冷導(dǎo)致固-液界面前沿熔體中?形核質(zhì)點的增加，從而促進了晶粒細化。添加

4、TiB2較多時，富集在二次枝晶臂間的元素B與Ti反應(yīng)生成的Ti B晶須描繪出了室溫組織中的樹枝晶形態(tài)。
　　處于晶界的Ti B晶須能夠有效的釘扎晶界，防止在高溫保溫時的晶粒長大，當(dāng) Ti B晶須的長軸平行于晶界排列時，對晶粒長大的釘扎效果最明顯。晶粒增長動力學(xué)分析表明，相對于基體合金，含硼鈦合金具有更高的晶粒長大指數(shù)和激活能。
　　由于鑄態(tài)含硼鈦合金具有細小的晶粒尺寸，且在高溫保溫時晶粒尺寸沒有發(fā)生明顯的長大，這提高了其塑性

5、變形時的成形能力，使得直接軋制具有可行性，鑄態(tài)合金不經(jīng)過開坯鍛造過程進行直接軋制，就能夠獲得較薄厚度的且沒有宏觀裂紋缺陷的板材。對板材的組織和性能分析顯示，直接軋制使Ti B晶須和初生?相都主要沿著軋制方向排列，隨著壓下率的增加，Ti-6Al-4V-0.1B合金和Ti-B20-0.1B合金中的初生?相都發(fā)生了明顯的再結(jié)晶過程。在真實應(yīng)變達到1.81時，Ti-6Al-4V-0.1B合金中的位錯密度明顯降低，合金發(fā)生了完全的再結(jié)晶過程，從而

6、獲得了完全的等軸組織，晶粒主要分布在13μm范圍內(nèi)。由于基體組織的細化以及 Ti B晶須的承載作用，直接軋制過程顯著提高了含硼鈦合金的室溫和高溫力學(xué)性能。在兩相區(qū)軋制且壓下率為84%時，相比于鑄態(tài)合金， Ti-6Al-4V-0.1B合金室溫橫向抗拉強度提高了193MPa，而高溫屈服強度提高了182MPa。相比于直軋態(tài)的Ti-B20合金，直軋態(tài)Ti-B20-0.1B合金性能提高的預(yù)測值與實驗值相符。極圖分析顯示，Ti-6Al-4V-0.1

7、B合金性能的方向性差別不是由于織構(gòu)造成的，而是歸因于基體組織和Ti B晶須的定向排列。
　　鍛造/熱處理對Ti-B20-0.1B合金的組織和性能產(chǎn)生了明顯的影響。低溫固溶隨后短時間時效，合金基體組織中出現(xiàn)了無析出區(qū)，無析出區(qū)的存在降低了合金的強度和塑性等級，隨著固溶溫度的提高或時效時間的延長，無析出區(qū)消失。固溶溫度和時間參數(shù)（時效溫度和時效時間）共同決定了合金的力學(xué)性能，研究表明，Ti-B20-0.1B合金在780℃固溶隨后在55