预变形与时效作用下孪生/滑移型Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金的力学性能

摘要

β钛合金因具有高比强度，低弹性模量，良好的生物相容性以及孪生诱发塑性变形(TWIP)和马氏体诱发塑性变形(TRIP)效应，在航空航天，生物医疗，海洋工程等领域展现了良好的应用前景。然而通过传统的位错强化在提高其强度的同时会降低合金的塑性,从而限制了β型钛合金的应用范围。在本课题前期的研究中，通过预变形与时效结合可以有效改善Ti-15Mo合金的强塑性匹配，而Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金在变形过程中通过孪生/滑移的耦合变形，也会使得合金具有较好的强塑性匹配，然而预变形与时效作用结合能否同样改善Ti-10Mo-1Fe和Ti-10Mo-3Fe合金的强塑性匹配,以及Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金中孪生/滑移的耦合变形与ω相析出的双重耦合对合金性能的改善效果还不清楚。 本文主要通过预变形与时效作用相结合的手段，探究孪晶/位错层状变形组织与等温ω相结合对Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金性能的影响，并与Ti-10Mo-1Fe合金和Ti-10Mo-3Fe合金进行对比。研究表明：在200℃~400℃等温时效过程中，Ti-10Mo-1Fe合金和Ti-10Mo-3Fe合金中析出硬脆ω相，硬度值变大，并随着时效温度的升高而升高。当预变形量为5％、时效温度为200℃保温1h时，Ti-10Mo-1Fe合金具有良好的强塑性匹配。屈服强度和均匀延伸率分别为712MPa和10％左右。Ti-10Mo-3Fe合金具有较高的屈服强度（981MPa），但是均匀延伸率很低（0.2％）。当预变形量不变，时效温度升高到300℃时，两种合金均表现为脆性断裂。 同样，在200℃～400℃时效过程中，Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金析出ω相，硬度值随着温度的升高而升高，同一时效温度下，Ti-10Mo-1Fe层的硬度值高于Ti-10Mo-3Fe层的硬度值。在预变形量为5％，时效温度为200℃时，Ti-10Mo-1Fe/3Fe层状合金也具有比较好的强塑性匹配，屈服强度为960MPa，高于Ti-10Mo-1Fe合金，均匀延伸率8％。而当预变形量不变，时效温度升至300℃时，层状合金则表现为脆性断裂。