固溶参数对TA19钛合金组织演变规律及对力学性能影响的研究

摘要

TA19钛合金是近α 型钛合金中的一种，常作为关键零部件使用在飞机涡轮机的叶片、叶轮等部位上。钛合金的力学性能对微观组织的变化非常敏感，往往可以通过一系列固溶时效热处理获得理想的组织从而获得更为优异的力学性能。本文主要研究了固溶参数对TA19钛合金微观组织的演变规律以及力学性能的影响，通过调整固溶参数的方法来改变TA19钛合金的显微组织，探究力学性能的变化。 采用OM、SEM、TEM、EBSD等技术手段对热处理后的显微组织进行表征，力学性能的检测在Instron 8801万能试验机上进行，得到了如下主要结论： （1）在低于β 相变点的两相区固溶时，当温度低于970℃，β 转变组织中残留较粗的片层α 相，当固溶温度高于970℃，β 转变组织充分转变为β 相，固溶后水冷的组织主要由初生等轴α 相以及钛合金马氏体构成，在之后的时效过程中，钛合金马氏体将分解成为较细的颗粒状α 相。随着固溶温度的升高，β 转变组织中时效后析出的次生α 相细化将有益于材料强度的提升，但随固溶温度的上升，原等轴α 相含量的降低，其塑性指标也明显降低。 （2）在TA19焊接试样热影响区中发现一种介于等轴组织和片层组织之间的过渡组织：半等轴组织。该组织具有片层组织分割等轴α 相的特征，其β 转变组织与等轴α 相界面模糊。半等轴组织的含量变化规律与等轴组织含量的变化规律相似，随着保温温度的升高，半等轴组织的含量降低。随着保温时间的延长，半等轴组织含量降低，当保温时间到达300s，半等轴组织完全被片层组织所取代。 （3）Mo元素扩散不均匀是形成半等轴组织的首要条件，在相变点以上加热，相变过程中扩散进入原等轴α 相中的Mo元素含量不足以形成足够的片层β残余相来分割原等轴α 相，因此保温时间在150s以内，冷却后会在等轴α 相中形成β 相细片层分割的组织特征。半等轴组织形核于β 转变组织，受β 转变组织生长取向、数量的影响。半等轴组织的形成遵循Burgers取向关系：{1120}α //{111}β ，且穿插进入半等轴组织中的片层α 相与初生等轴α 相之间有着相同或者较为接近的取向关系。 （4）在半等轴组织中，其初生等轴α 相的特点赋予了其具有较好的塑性性能，而通过热处理后在半等轴组织中析出的次生α 相的的含量以及尺寸对材料的强度起控制作用。短时固溶快冷后，穿插进入初生α 相的次生α 相以及β 转变组织中析出的细小的次生α 相都使材料的强度大幅度提升，材料的塑性有所下降。

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