【摘要】：鈦合金是繼鋼鐵、鎂合金和鋁合金之后的二十一世紀(jì)新型金屬。目前世界上研制成功的鈦合金已有好幾百種。鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性能優(yōu)良和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于建筑、醫(yī)療、石油化工和航空航天等領(lǐng)域。與其它鈦合金相比,β鈦合金具有最高的比強(qiáng)度和良好的加工性能,它是發(fā)展高強(qiáng)度高塑性鈦合金潛力最大的合金。研發(fā)具有高強(qiáng)度高塑性的新型β鈦合金已得到世界各國政府的高度重視。論文選取真空電弧爐制備的Ti-V合金和水冷銅坩堝懸浮熔煉法制備的Ti-V-Nb-Zr合金作為研究對象,利用電子背散射衍射和透射電子顯微鏡作為主要研究手段,測試和觀察合金樣品在不同變形量和熱處理?xiàng)l件下的力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu),研究Ti-V合金和Ti-V-Nb-Zr合金的β相穩(wěn)定性和塑性變形機(jī)制,并通過相變誘發(fā)塑性(TRIP)和孿生誘發(fā)塑性(TWIP)以及細(xì)晶強(qiáng)化來開發(fā)具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的β鈦合金。本文主要結(jié)論如下:1.釩降低非熱ω相衍射強(qiáng)度和顯著提高Ti-V合金的β相穩(wěn)定性以及強(qiáng)烈抑制應(yīng)力誘發(fā)ω相形成,從而,釩是鈦合金中的強(qiáng)β穩(wěn)定元素。2.Ti-18V合金顯示出優(yōu)異的綜合力學(xué)性能,高的屈服強(qiáng)度868.69 MPa和良好的總伸長率28.25%,這是由于ti-18v合金通過{332}113機(jī)械孿晶和應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來產(chǎn)生塑性變形。3.ti-16v合金的塑性變形通過應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來完成;ti-18v合金的塑性變形通過{332}113機(jī)械孿晶和應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來完成;ti-20v和ti-22v合金的塑性變形均通過{332}113機(jī)械孿晶來完成;ti-52v合金通過位錯滑移和{112}111機(jī)械孿晶來產(chǎn)生塑性變形。ti-v合金的塑性變形機(jī)制取決于β相穩(wěn)定性,而釩含量決定β相穩(wěn)定性。4.氧提高ti-v合金的屈服強(qiáng)度和降低其彈性模量,這是由于氧添加到ti-v合金中引起固溶強(qiáng)化和提高β相穩(wěn)定性。5.ti-20v-0.034o合金的塑性變形通過應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來完成;ti-20v-0.276o合金的塑性變形通過{332}113機(jī)械孿晶來完成。雖然ti-16v-0.036o和ti-16v-0.290o合金都通過應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來產(chǎn)生塑性變形,但增加氧含量顯著降低應(yīng)力誘發(fā)ω相含量。氧降低非熱ω相衍射強(qiáng)度和提高β相穩(wěn)定性以及抑制應(yīng)力誘發(fā)ω相形成,從而氧被認(rèn)為是鈦合金中的β穩(wěn)定元素。6.ti-16v-0.036o、ti-20v-0.034o、ti-16v-2zr、ti-20v-2zr和ti-16v-2nb-2zr合金的塑性變形都通過應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來完成;ti-20v-2nb-2zr合金通過{332}113機(jī)械孿晶和應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來產(chǎn)生塑性變形。7.不同晶粒尺寸的ti-16v-2nb-2zr合金的塑性變形都通過應(yīng)力誘發(fā)ω相轉(zhuǎn)變來完成;不同晶粒尺寸的Ti-20V-2Nb-2Zr合金均通過{332}113機(jī)械孿晶來產(chǎn)生塑性變形。Ti-V-Nb-Zr合金的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸滿足霍爾-佩奇(Hall-Petch)關(guān)系,并且其Hall-Petch斜率遠(yuǎn)大于二級工業(yè)純鈦的Hall-Petch斜率值11.3 MPa mm1/2。8.拉伸變形后的Ti-16V-0.290O、Ti-20V-0.340O、Ti-16V-2Zr、Ti-20V-2Zr和Ti-16V-2Nb-2Zr合金中觀察到的單變體應(yīng)力誘發(fā)ω相與β相基體具有一種新的位向關(guān)系:[110]β∥[-12-10]ω,(3-3-2)β∥(-5052)ω和(-55-4)β∥(30-31)ω,其慣習(xí)面為(3-3-2)β∥(-5052)ω,這不同于β鈦合金中由熱誘發(fā)ω相的慣習(xí)面(111)β∥(0001)ω。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

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本文編號：2368895