Ti--55板材微观组织、织构与拉伸性能的关系研究

摘要

高温钛合金因密度低，比强度高，高温性能好而被广泛应用于航空航天领域。Ti-55合金是中国科学院金属研究所自行设计研制的一种近α型高温钛合金，该合金的长期使用温度可达550℃，主要应用于航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒和叶片等零件，生产的板材还可用于飞机蒙皮、航天器外壳等。在这些高温钛合金板材的特殊应用场合，要求力学性能的各向异性与使用要求具有良好的匹配，而密排六方结构的α钛在轧制加工过程中极易形成晶体的择优取向，使板材沿不同方向的力学性能发生变化。为了控制加工成型的钛合金板材的板面各向异性，使之向产品性能最优化的方向发展，人们一方面寻求织构与板材性能间的定量关系，另一方面探求控制织构的现实可行的工艺方法。
　　显微组织和织构类型是决定钛合金性能的关键因素，变形后的退火热处理是显微组织和织构形成的关键过程之一，特别是对于经过剧烈变形而成的板材。钛合金组织中α相和β相的形态、尺寸及体积分数随加工及热处理工艺的不同而变化很大，使钛合金的显微组织及织构存在多样性。本文通过金相显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪等测试手段对比分析了不同温度退火热处理对钛合金板材显微组织和织构的影响，并研究了不同温度退火处理的Ti-55板材在轧向RD、横向TD及45°方向的拉伸性能，探讨了Ti-55合金板材显微组织、织构与拉伸性能间的对应关系。
　　实验结果表明，Ti-55合金轧制加工后形成了沿轧制方向拉长的显微组织。两相区温度退火处理，在板材中形成了等轴初生α相和转变片层组织构成的双态组织，初生α相的体积分数随退火温度的升高逐渐降低，单向轧制的板材片层组织中的片条取向优先分布在平行于轧制应力的方向;在（α+β）/β相变点以上温度退火处理，板材中形成由原始β晶粒转变的魏氏组织，α片团在原β晶粒内交错分布，且退火温度升高，α片团尺寸变大。
　　加工工艺影响钛合金的织构类型，两相区较低温度单向轧制在Ti-55板材中形成B/T型织构，换向轧制则形成B型织构。相变点以下温度退火处理，板材的B/T织构类型没有发生变化，B织构成分随退火温度的升高向RD和TD方向分化，(0002)基面在与RD成45°的方向及TD方向形成较强的织构，晶体基面取向平行于板材轧制面法向ND的织构在970℃退火后消失。相变点以上温度退火处理，立方结构的β相向密排六方α相转变的相变过程使板材中形成了与原形变织构不同类型的织构成分，基面取向多分布在TD偏向RD约30°的位置，取向RD的织构组分在相变点以上温度退火处理强度值增加幅度很大。
　　拉伸试验结果表明，随退火温度的提高，Ti-55板材的断裂类型由延性韧窝断裂向韧窝和解理断裂的混合形式发展。具有B/T型织构的Ti-55板材，在45°方向拉伸强度最小，TD方向的则最大;B型织构的板材室温拉伸强度在轧向RD和横向TD差别很小，45°方向同样具有最小的拉伸强度值。钛合金板材的拉伸性能受织构类型和显微组织的综合影响。同一温度退火的Ti-55板材断后伸长率在45°方向普遍高于RD和TD方向，轧后细小的α相组织和含20％左右初生α相的双态组织具有较高的室温拉伸伸长率。含稀土的实验板材，稀土氧化物的析出位置严重影响板材的拉伸性能，在晶界存在的大颗粒稀土氧化物降低钛合金板材的拉伸强度和塑性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钛及钛合金简介

1．2 钛合金分类

1．2．1 α型钛合金

1．2．2 α+β两相合金

1．2．3 β型钛合金

1．3 高温钛合金

1．3．1 高温钛合金简介

1．3．2 国内外主要研究成果

1．3．2 高温钛合金相组成

1．3．3 高温钛合金典型组织

1．4 钛织构

1．4．1 织构的定义

1．4．2 织构表征方法

1．4．3 钛的形变织构

1．4．4 钛的再结晶织构

1．5 钛合金机械性能与组织及织构的关系

1．5．1 显微组织对钛合金机械性能的影响

1．5．2 织构对钛合金机械性能的影晌

1．6 课题研究的目的、意义

1．7 本文的主要研究内容

第2章 实验方案

2．1 实验材料

2．2 热处理制度

2．2．1 相变点的测定

2．2．2 Ti-55板材退火处理

2．3 材料分析测试

2．3．1 显微组织

2．3．2 织构

2．3．3 拉伸试验

第3章 Ti-55板材轧后显微组织及织构

3．1 引言

3．2 Ti-55板材相变点的测定

3．3 显微组织及织构分析

3．4 本章结果分析与讨论

第4章 退火处理的板材显微组织及织构

4．1 引言

4．2 相变点以下退火实验结果分析

4．2．1 1#板材相变点下退火显微组织和织构

4．2．2 2#板材相变点下退火显微组织及织构

4．2．3 3#板材相变点下退火显微组织及织构

4．3 相变点以上退火实验结果分析

4．3．1 1#板材相变点以上退火显微组织和织构

4．3．2 2#板材相变点以上退火显微组织和织构

4．3．3 3#板材相变点以上退火显微组织和织构

4．4 本章结果分析与讨论

第5章 Ti-55板材拉伸性能及断口分析

5．1 钛合金的拉伸性能

5．1．1 显微组织与拉伸性能的关系

5．1．2 织构与拉伸性能的关系

5．2 Ti-55合金拉伸性能分析

5．2．1 1#板材拉伸实验结果

5．2．2 2#板材拉伸实验结果

5．2．3 3#板材拉伸实验结果

5．3 Ti-55板材拉伸断口形貌分析

5．4 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

作者简介

论文包含图、表、公式及文献