鈦合金熱加工過程中形變和相變是不可分割的,形變不僅可以改變材料的組織形態(tài)、細化晶粒,還可以促進或抑制后續(xù)相變的發(fā)生,產(chǎn)生動態(tài)相變行為;形變還能導致材料相變時變體選擇的發(fā)生,影響材料的最終組織和織構組態(tài)。鈦合金又分為α型鈦合金、α+β型鈦合金以及β型鈦合金,在變形和相變過程中兩相組織的協(xié)調(diào)關系也會對材料最終組織、性能造成影響。因此,本文研究了形變對鈦合金組織狀態(tài)、相變特征、變體選擇以及織構特征造成的影響:首先,研究了 α+β型的TC18合金與Ti-55531合金、近α型的TA15合金等大規(guī)格鈦合金棒材在熱變形過程中組織不均勻性的形成問題。通過對鍛造棒材組織、織構特征的研究發(fā)現(xiàn)TC18合金棒材中心大尺寸{100}取向晶粒的產(chǎn)生是形變應力狀態(tài)、冷卻速度等因素造成的綜合結果,且后期變形、熱處理過程也難以消除。另外,近α型的TA15合金組織、性能不均勻性問題也源于高溫變形時β相的組織不均勻性,使得不同部位的α相的組織分布也不均勻。通過對TC18合金熱模擬壓縮實驗來對熱變形過程中β相的{100}取向晶粒的長大行為進行深入研究,發(fā)現(xiàn)在高溫壓縮變形過程中β相的{100}取向晶粒具有充分的回復能力,伴隨著熱變形的進行,對其他取向的晶粒形成長大的優(yōu)勢,在動態(tài)誘導晶界遷移機制的作用下,{100}取向晶粒不斷吞并{111U取向晶粒,從而形成大尺寸的{100}取向晶粒。提出通過增加熱變形時的變形速率、改變熱變形過程中施加的應力條件、增加單次變形量等方法抑制粗大{100}取向晶粒形成的方法。其次,探究了 TA2、TA15以及TC18合金在不同變形、退火過程中受應力、應變狀態(tài)的影響產(chǎn)生變體選擇的規(guī)律及機制。通過對TA2純鈦、TC18合金的高溫壓縮行為進行研究,發(fā)現(xiàn)外界應力的介入會明顯促使生成的變體具有取向擇優(yōu)性,在壓縮應力作用下,柱面平行于壓縮方向取向的α相的形成更有利于相變應變的釋放;通過對TA15合金鍛造棒材的α相取向的研究,探究在鍛造變形時復雜應力狀態(tài)下發(fā)生變體選擇的特征,解釋了近α合金中普遍存在的微區(qū)織構“Mαcrozones”區(qū)域產(chǎn)生的原因,并確定了棒材中心大尺寸的β相晶粒相變時在變體選擇的作用下產(chǎn)生粗大的α相“Mαcrozones”區(qū)域是導致性能產(chǎn)生不均勻性的原因;通過對冷軋TA2純鈦板材的退火研究,確定了材料相變時的表面形核及特定取向關系的變體長大會對變體選擇產(chǎn)生影響,通過形變及不同的熱處理方式,能夠得到強的{ll-20}//RD方向的織構,并且控制TA2純鈦板材多種織構的形成;另外,在TC18合金的壓縮、冷卻相變過程中,確定了具有特殊取向關系的相鄰β相晶粒會對晶界形核的α取向擇優(yōu)造成影響,相同β相{110}晶面的存在會更有利于釋放與兩β相晶粒均滿足變體關系的α晶粒形成時的相變應變能,從而產(chǎn)生變體選擇,這種滿足雙Burgers關系而產(chǎn)生的變體選擇現(xiàn)象可以隨共同{110}面晶界比例的增高而得到加強。另外,通過對TC18合金的熱壓縮變形,研究了形變過程中出現(xiàn)的形變與相變的交互作用,即熱變形過程中的動態(tài)相變問題。通過對TC18合金相變點以下熱壓縮變形,發(fā)現(xiàn)了壓縮變形對α→β相變的促進作用。通過與平衡狀態(tài)下的熱力學模擬相對比,解釋了兩相的自由能在壓縮應力作用下的變化,闡述了在熱力學上應變誘發(fā)相變發(fā)生的可能;通過對兩相溶質(zhì)元素在變形后的重新分布規(guī)律,導致實際相變點的變化,解釋了應變促進相變發(fā)生的過程。在{100}和{111}兩種取向晶粒中發(fā)現(xiàn)了應變促進相變的取向依賴性特征,即{111}取向晶粒中更容易發(fā)生應變誘發(fā)相變的現(xiàn)象。對不同的變形參數(shù)下的相變特征進行了研究,由于相變是需要多種溶質(zhì)元素的長程擴散,因此足夠的時間是應變促進相變發(fā)生的重要條件。通過以上對熱變形β相強{100}織構的形成和在后續(xù)相變中α相變織構的形成機制進行深入研究,建立了調(diào)控鈦合金各類織構的方法,從而能夠對各類鈦合金的性能進行優(yōu)化。
【學位單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.23
【部分圖文】：

此強的Ｐ相織構會造成鈦合金材料強的各向異性特征。Ｓ．Ｈ＾ｎｅｒｙ等對Ｔｉ－逡逑５Ａｌ－５Ｍｏ－５Ｖ－３Ｃｒ合金的室溫變形時Ｐ相各向異性行為的影響進行了分析，不逡逑同取向的Ｐ相組織，表現(xiàn)出了很強的各向異性特征，如圖２－１所示，不同類逡逑３逡逑

的重要變形方式，不同的軋制方式、變形參數(shù)會對純鈦的軋制行為和織構特逡逑征造成重要的影響［１４，１５］。傳統(tǒng)單向冷軋工藝下，純鈦的冷乳織構為［０００１］平逡逑行于ＴＤ偏ＮＤ約３０°的“雙峰”織構［１６’１７］，如圖２－２［１７］所示。逡逑圖２－２純鈦在傳統(tǒng)冷軋工藝下的軋制織構Ｍ逡逑為了控制純鈦乳制織構的類型，不同的軋制方式越來越多的應用于純鈦逡逑的乳制生產(chǎn)中［１８＿２（）］。Ｇｕｒａｏ等通過單向乳制、交叉乳制和反向乳制的方式對逡逑純鈦的冷乳織構進行了研究，如圖２－３［１８］所示，通過交叉軋制的方法更有利逡逑于消除傳統(tǒng)軋制方式中的“雙峰”織構，獲得強的基面織構。逡逑Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｒｏｌｌｉｎｇ逡逑■邋？逡逑ＵＤＲ邋１邐邐ｔ邐逡逑Ｉ邐■邋■■邐■邋■邋■逡逑ＴＳＣＲ邋丨》邐十邐邋ｓ－－ａ－逡逑哪Ｅｌ…０邐卞邐ｇ…－ｇ逡逑ｒｒ邋Ｅ0＂＂Ｅ３邐＊■邐逡逑ＵＤＲ邐ＴＳＣＲ邐肋邐ＭＳＣＲ邐ＲＲ逡逑ｊ邋｜逡逑圖２－３單向軋制、垂直軋制、交叉軋制和反向軋制的冷軋織構工藝以織構特征晸逡逑純鈦在溫軋過程中再結晶行為的出現(xiàn)會對軋制變形的織構類型造成重要逡逑的影響［２１’２２］。Ｙ．邋Ｂ．邋0１１１１１等［２１］對工業(yè)純鈦在２５－６００°Ｃ進行了軋制變形研究，逡逑５逡逑

的重要變形方式，不同的軋制方式、變形參數(shù)會對純鈦的軋制行為和織構特逡逑征造成重要的影響［１４，１５］。傳統(tǒng)單向冷軋工藝下，純鈦的冷乳織構為［０００１］平逡逑行于ＴＤ偏ＮＤ約３０°的“雙峰”織構［１６’１７］，如圖２－２［１７］所示。逡逑圖２－２純鈦在傳統(tǒng)冷軋工藝下的軋制織構Ｍ逡逑為了控制純鈦乳制織構的類型，不同的軋制方式越來越多的應用于純鈦逡逑的乳制生產(chǎn)中［１８＿２（）］。Ｇｕｒａｏ等通過單向乳制、交叉乳制和反向乳制的方式對逡逑純鈦的冷乳織構進行了研究，如圖２－３［１８］所示，通過交叉軋制的方法更有利逡逑于消除傳統(tǒng)軋制方式中的“雙峰”織構，獲得強的基面織構。逡逑Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｒｏｌｌｉｎｇ逡逑■邋？逡逑ＵＤＲ邋１邐邐ｔ邐逡逑Ｉ邐■邋■■邐■邋■邋■逡逑ＴＳＣＲ邋丨》邐十邐邋ｓ－－ａ－逡逑哪Ｅｌ…０邐卞邐ｇ…－ｇ逡逑ｒｒ邋Ｅ0＂＂Ｅ３邐＊■邐逡逑ＵＤＲ邐ＴＳＣＲ邐肋邐ＭＳＣＲ邐ＲＲ逡逑ｊ邋｜逡逑圖２－３單向軋制、垂直軋制、交叉軋制和反向軋制的冷軋織構工藝以織構特征晸逡逑純鈦在溫軋過程中再結晶行為的出現(xiàn)會對軋制變形的織構類型造成重要逡逑的影響［２１’２２］。Ｙ．邋Ｂ．邋0１１１１１等［２１］對工業(yè)純鈦在２５－６００°Ｃ進行了軋制變形研究，逡逑５逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉定凱;黃光勝;龔桂林;王冠剛;潘復生;;不同軋制路徑對工業(yè)純鈦板機械各向異性及成形性的影響（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2017年06期

2 岳旭;楊國慶;李渭清;喬璐;馬寶軍;張平輝;何書林;賈栓孝;;熔煉方式對TC17鈦合金鑄錠化學成分及棒材組織均勻性的影響研究[J];鈦工業(yè)進展;2016年05期

3 姬德朋;王紹青;;第一原理方法研究六方晶系金屬表面功函數(shù)和表面能[J];金屬學報;2015年05期

4 蔡鋼;雷e

本文編號：2823687