锻态β钛合金组织性能及热变形行为的研究

摘要

β钛合金在变形、微观组织和机械性方面的优异表现使它成为最通用金属材料之一。由于它具有优异的热处理性能，深层强化的潜力和良好的变形能力，使它在航空、动力设备、运动产品、汽车行业、生物医用和井下服务行业应用广泛。
　　本文以新型近β钛合金Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe为研究对象，添加微量的B和C，系统研究了固溶时效热处理工艺对锻态合金组织和性能的影响，利用Gleeble1500研究了该合金高温变形行为，依照热模拟结果轧制出表面质量良好的板材，并对板材热处理后组织和性能进行了初步研究。
　　对开坯锻造后Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金的热处理研究表明：固溶处理后初生α相溶入β基体中，晶粒长大；随后经时效处理，从晶界向晶粒中间析出大量针状的次生α相，次生α相宽度在nm级别，显著提高合金力学性能。在800℃/1h/AC+440℃/8h/AC热处理制度下合金具有最佳的综合机械性能，抗拉强度可达1460MPa，塑性可达6％。由于该合金原位自生了少量的TiC、TiB等增强相颗粒，可以吸收大部分冲击功，改变裂纹扩展路径，使裂纹扩展速率严重减缓，可以提高材料的断裂韧性。
　　热模拟结果表明：在0.001s-1时，变形温度为740℃下时，合金组织中没有出现动态再结晶，随温度升高，组织中有一些动态再结晶晶粒出现，直至整个组织全部发生动态再结晶。从EBSD分析来看，热变形过程中中出现了大量的小角度晶界，动态再结晶在这些小角晶界处形核长大。计算得出该变形条件下激活能Q=219.266KJ/mol，本构方程为19.443.13e[sinh(0.00784)]exp(219.3/RT)，并且在此基础上做出热加工图，由ε=0.5的热加工图表明，在770-800℃和850-880℃区间具有最大耗散功效。
　　依据热加工图，在（α+β）双相区和β单相区都双向轧制出表面质量良好的板材。在（α+β）双相区双向轧制，晶粒较细小，α相呈等轴状；在β单向区双向轧制，晶粒主要由充分动态再结晶的等轴晶粒组成。板材经800℃/1h/AC+520℃/8h/AC固溶时效热处理后，板材抗拉强度都达到1400MPa以上。另外双相区轧制，在{001}轧向分布着变形织构。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2β钛合金及其分类

1.3 钛合金的典型组织和性能

1.4β钛合金变形

1.5 β钛合金的研究现状

1.6 主要研究内容

第2章 实验材料的制备和研究方法

2.1 实验材料的制备

2.2 实验方案

2.3 实验方法

第3章 热处理对锻态Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金组织和性能的影响

3.1 引言

3.2 锻态合金的组织和性能

3.3 热处理对锻态合金的组织的影响

3.4 热处理对锻态合金力学性能的影响

3.5 热处理工艺的优化

3.6 断裂韧性裂纹扩展及典型断口形貌分析

3.7 本章小结

第4章 锻态Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金变形行为的研究

4.1 引言

4.2 热模拟真应力-真应变曲线分析

4.3 典型热模拟显微组织的观察

4.4 热变形变形参数的求解

4.5 板材的双向轧制

4.6 本章小结

结论

参考文献

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