熱處理對TC4鈦合金組織、性能的影響及殘余應(yīng)力消除方法的研究.pdf

1、隨著航空裝備的發(fā)展，整體、精密、高性能和輕量化的復(fù)雜構(gòu)件應(yīng)用越來越廣泛，已經(jīng)成為新一代航空裝備的核心。鈦及鈦合金由于具有密度低、比強(qiáng)度高（優(yōu)于鋁合金和鋼）、耐熱、抗沖擊、耐腐蝕等優(yōu)異性能，而且與飛機(jī)上大量使用的復(fù)合材料有很好的電化學(xué)相容性，所以在航空航天中的使用量越來越多。鈦合金在武器裝備上的應(yīng)用量甚至已成為衡量一些武器系統(tǒng)先進(jìn)性的一個(gè)重要指標(biāo)。但是由于很難制造出滿足某些特殊性能要求的構(gòu)件，或者制造出來的構(gòu)件的尺寸不夠穩(wěn)定，鈦合金在我國

2、航空航天中的應(yīng)用與先進(jìn)航空航天大國相比仍有相當(dāng)大的差距，所以對鈦合金及其制備技術(shù)開展系統(tǒng)性的研究具有深遠(yuǎn)意義。
　　本文以在航空航天中應(yīng)用最為廣泛的鈦合金TC4為研究對象，首先研究了熱處理對TC4鈦合金力學(xué)性能和殘余應(yīng)力的影響，然后借助光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡等分析了熱處理參數(shù)變化時(shí)顯微組織的變化，探究了不同熱處理制度下試樣力學(xué)性能變化的根本原因。最后，采用了深冷處理和預(yù)拉伸方法消除熱處理后的殘余應(yīng)力，研究了深冷時(shí)間、深冷急

3、熱、冷熱循環(huán)和預(yù)拉伸對殘余應(yīng)力的消除效果，并分析了在殘余應(yīng)力消除過程中力學(xué)性能和硬度的變化。
　　研究結(jié)果表明，冷卻速率對組織的轉(zhuǎn)變機(jī)制具有決定性作用。隨著冷卻速度的提高，組織轉(zhuǎn)變方式由原子擴(kuò)散為主向馬氏體轉(zhuǎn)變占主導(dǎo)地位變化；高溫β相在較低的冷卻速率下轉(zhuǎn)變成等軸α相，而在較高的冷卻速度下則轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體相ɑ'。這會(huì)提高試樣的強(qiáng)度，但是會(huì)使塑性和沖擊韌性降低。在雙態(tài)組織中，等軸α相體積分?jǐn)?shù)的減少、次生α相長寬比的降低以及次生α相體積分

4、數(shù)的增加會(huì)促使強(qiáng)度增高。等軸α相對塑性具有積極作用，而次生α相對塑性則具有消極作用。等軸α相晶粒尺寸和次生α相尺寸都會(huì)影響沖擊韌性，兩者的影響權(quán)重由各自的體積分?jǐn)?shù)決定。
　　微觀組織不同會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力松弛能力不同；即使熱處理后微觀組織相同，但是當(dāng)微觀組織中的不同相的比例不同以及不同相的晶粒尺寸不同也會(huì)對殘余應(yīng)力產(chǎn)生明顯的影響。時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間的變化都會(huì)對微觀組織產(chǎn)生不同程度的變化，但是這些變化都不足對殘余應(yīng)力產(chǎn)生顯著影響。