预变形组织与析出相协同作用下Ti-Mo合金力学性能

摘要

β型钛合金提高强度的传统方式是通过位错强化，然而此方式在提高合金强度的同时，却降低了其塑性，所以探索能够使β型钛合金具有良好强塑性匹配的新型强化方式成为了近年来研究的热点。在本课题组前期的研究中，发现通过机械孪晶与等温ω相的结合可以使{332}〈113〉孪生变形方式的Ti-15Mo合金在具有很高强度的同时，还保有很好的延伸率，但是预变形组织与析出相协同作用对其他塑性变形方式Ti-Mo合金力学性能的影响还未清楚，需要进一步探究。 本文利用金相显微镜、X射线衍射和透射电子显微镜等技术手段系统地调查了固溶态下不同钼含量Ti-Mo合金的微观组织和相的组成。通过拉伸实验调查了预变形组织与析出相的协同作用对不同钼含量Ti-xMo（x=7.5、10、22.5和30）合金力学性能的影响。并着重调查了Ti-10Mo合金在不同预变形量下微观组织的演变以及第二相析出的行为。最后调查了改善Ti-10Mo合金力学性能所需要的时效条件和预变形量，以及探讨了预变形组织与析出相的结合对Ti-10Mo合金力学性能影响的机制。 实验结果表明，固溶态下Ti-7.5Mo、Ti-10Mo、Ti-22.5Mo和Ti-30Mo合金的光学微观组织均有β晶粒组成，在Ti-7.5Mo合金β晶粒内还出现了针状的α"马氏体。随着钼含量的增加，在Ti-Mo合金中，β相稳定性逐渐升高，淬火ω相析出量逐渐减少。此外，随着预变形量的增加，在Ti-10Mo合金的β晶粒内部，出现了应力诱发的α"马氏体和机械孪晶，预变形组织的密度随着预变形量的增大而逐渐增加，最终趋于饱和。当时效温度为300℃、预变形量为5%时，预变形组织与析出相协同作用没能改善Ti-7.5Mo、Ti-10Mo、Ti-22.5Mo和Ti-30Mo合金的力学性能，但是当时效温度为250℃、时效时间为1h，预变形量为20%时，显著地改善Ti-10Mo合金的力学性能，此时合金不仅具有很高的屈服强度和抗拉强度，分别为844MPa和886MPa；同时还具有良好的均匀延伸率和总延伸率，分别为13%和20%。其高强度主要受位错滑移主导，良好的延伸率主要归因于预变形诱发的α"马氏体以及{332}〈113〉孪晶所带来的静态晶粒细化以及在后续变形过程中应力诱发α"马氏体和孪生激活所引起的动态晶粒细化效应。