Ti-15-3合金组织性能及裂纹的研究

摘要

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al合金是美国Timet公司在20世纪80年代初研究开发的一种亚稳定β钛合金，该合金具有很好的冷轧和冷成形能力，它作为亚稳β型钛合金以其优良的加工性能和潜在的应用能力而成为最有前途的钛合金之一。 本文研究了不同热处理制度对Ti-15-3合金性能的影响规律，重点研究了时效后所析出α相的形貌对合金性能的影响。实验结果表明，合金中析出的α相越细小越均匀，合金的强度就会越高，但塑性会越低，且α相先从晶界开始析出。在低温时效时，α相会随着时效温度的增加变得粗大且数量增多，而且析出的α相会以择优生长方向生长，α相之间相互成60°夹角。在高温(接近相变点760℃)时效时，时效温度越高析出的α相越少且越细小。无论在低温时效还是在高温时效，合金的强度都取决于α相的尺寸、分布和α相所占体积分数。 本文还研究了该合金晶粒尺寸对性能的影响。结果表明，仅仅固溶处理后合金的强度和塑性随着晶粒尺寸的增大而减小，而且屈服强度和晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。合金时效后α相随原始β相晶粒尺寸的增大而变得细小、均匀，导致合金的强度增大，塑性降低。经仔细分析时效后的显微组织，得知合金的强度由晶粒尺寸和析出α相的大小、分布、数量共同决定。晶粒尺寸对合金强度的影响相对于析出α相对合金强度的影响较小，最终合金显示出的强度只与时效制度有直接关系。 本文还探讨了Ti-15-3合金中相邻晶粒取向差对短裂纹萌生与扩展的影响。结果表明，Ti-15-3合金中相邻晶粒取向差在40°～60°占66％，小于15°只占4％；该合金中有两种裂纹萌生方式：一种是沿滑移带形成；另一种是沿晶界形成。裂纹萌生一般先在相邻晶粒之间取向差较大的晶界附近产生。当短裂纹为两三个晶粒长时，经过晶粒取向差小于15。的晶界时裂纹不发生弯曲。短裂纹长度超过两三个晶粒长时，如果短裂纹的尖端方向与下一个晶粒中的滑移带方向夹角较大，短裂纹穿过此晶粒时容易发生曲折，走“Z”字型路线；夹角较小，短裂纹将会沿着滑移带方向扩展。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景

1.2钛及钛合金概述

1.2.1钛及钛合金的特点

1.2.2钛合金的分类

1.2.3钛合金的组织

1.3 β型钛合金的特点

1.4亚稳定β型钛合金中α相析出的特点

1.5第二相强化

1.6 Ti-15-3合金研究的基本现状

1.6.1 Ti-15-3合金组织及性能的特点

1.6.2晶粒尺寸对Ti-15-3合金性能的影响

1.6.3 Ti-15-3合金短裂纹的研究

1.7课题的提出及研究内容

1.7.1课题提出的意义

1.7.2课题研究的内容

第2章实验内容及方法

2.1实验用原材料

2.2 Ti-15-3合金的抛光与腐蚀

2.3热处理工艺

2.3.1析出相对Ti-15-3合金组织性能的影响

2.3.2晶粒尺寸对Ti-15-3合金性能的影响

2.3.3 Ti-15-3合金中短裂纹萌生与扩展的晶体学特征

第3章析出相对Ti-15-3合金组织性能的影响

3.1引言

3.2实验结果

3.2.1不同固溶条件下合金组织与性能

3.2.2不同时效条件下合金组织与性能

3.2.3高温时效条件下合金组织与性能

3.3本章小结

第4章晶粒尺寸对Ti-15-3合金性能的影响

4.1引言

4.2 Hall-Petch公式

4.3弦计算法测定合金的晶粒度

4.4实验结果

4.4.1固溶条件下晶粒尺寸对合金性能的影响

4.4.2时效条件下晶粒尺寸对合金性能的影响

4.5本章小结

第5章Ti-15-3合金中短裂纹萌生与扩展的晶体学特征

5.1引言

5.2 Ti-15-3合金晶格常数的计算

5.3试样的制备

5.4试样的组织与电解抛光

5.5实验结果

5.5.1 Ti-15-3合金中相邻晶粒的取向差分布

5.5.2 Ti-15-3合金中短裂纹的萌生方式

5.5.3 Ti-15-3合金中短裂纹的扩展

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文