Ti-B19合金固態(tài)相變動(dòng)力學(xué)及其組織演變規(guī)律.pdf

1、Ti-B19合金是我國為某項(xiàng)重點(diǎn)工程自主開發(fā)成功的一種亞穩(wěn)β型鈦合金，可以通過熱處理使強(qiáng)度—塑性—韌性得到較好的匹配。由于合金在加工工藝—定的情況下，其組織結(jié)構(gòu)的演變主要取決于熱處理過程中的相變過程，并強(qiáng)烈地影響合金性能。因此，對Ti-B19合金相變過程的研究在理論和工程應(yīng)用上均具有重要的意義。 本文以Ti-B19合金為研究對象，在分析鈦合金相轉(zhuǎn)變過程及相變動(dòng)力學(xué)影響因素的基礎(chǔ)上，采用原位電阻法和同步X射線衍射技術(shù)等手段，在國內(nèi)

2、首次系統(tǒng)地研究了亞穩(wěn)β鈦合金等溫相變和連續(xù)冷卻過程中非等溫相變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，探討了固態(tài)相轉(zhuǎn)變過程中相形核與長大機(jī)理及其組織演化規(guī)律，建立了Ti-B19合金等溫相變的TTT圖和連續(xù)冷卻相變的CCT圖。主要研究內(nèi)容包括： 對Ti-B19合金在300～700℃溫區(qū)等溫時(shí)效的動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明，Ti-B19合金在300℃時(shí)效時(shí)為單一的ω相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過程，在350℃等溫相變?yōu)棣叵嗪挺料嗷旌舷嘧冞^程，400℃以上等溫相變?yōu)?/p>

3、單一的α相轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過程。其中，500～550℃等溫時(shí)合金的相轉(zhuǎn)變速度最快，相變驅(qū)動(dòng)力和溶質(zhì)原子擴(kuò)散速度對相變過程的作用達(dá)到最佳配合。在此基礎(chǔ)上，獲得了Ti-B19合金300～700℃等溫相變的JMA動(dòng)力學(xué)方程，求得了Avrami指數(shù)n、溫度常數(shù)K及相轉(zhuǎn)變激活能E值，并對500～550℃溫區(qū)等溫相變動(dòng)力學(xué)進(jìn)了預(yù)測，其結(jié)果與實(shí)際的α相轉(zhuǎn)變規(guī)律吻合。據(jù)此，建立了Ti-B19合金等溫相變TTT圖，確定其“鼻溫”在520℃左右。 系統(tǒng)研

4、究了Ti-B19合金等溫相變過程中的組織演變規(guī)律及相形核和長大機(jī)制，結(jié)果表明，在300～350℃等溫時(shí)效時(shí)，中間過渡相ω均勻形核并彌散分布于β晶內(nèi)，亞穩(wěn)β相的分解方式為β→ω+β→ω+β+α→α+β。400℃以上等溫時(shí)效后，合金顯微組織由穩(wěn)定的α相和β相組成，亞穩(wěn)β相的分解方式為β→α+β；隨時(shí)效溫度升高，α相由β晶內(nèi)優(yōu)先形核逐漸向β晶界優(yōu)先形核過渡，其尺寸逐漸增大，在500℃時(shí)α相析出數(shù)量達(dá)到最大值57.7﹪，其與溫度之間的關(guān)系為fα

5、(T)=-117.06+0.713T-7.2857×10-6T2。 采用Thermocalc(R)熱力學(xué)軟件計(jì)算了Ti-B19合金相平衡態(tài)時(shí)α相和β相化學(xué)成分隨溫度的變化，結(jié)果表明，Ti-B19合金中固態(tài)相變由溶質(zhì)原子，特別是Mo、V、Cr等元素的長程擴(kuò)散控制，α相可以看作為具有化學(xué)計(jì)量比的“化合物”，而β相則富含溶質(zhì)原子，進(jìn)而得到該合金相轉(zhuǎn)變溫度為760℃左右，與金相法和差熱分析法所測得的相變溫度點(diǎn)一致。在此基礎(chǔ)上，用Zene

6、r長大方程獲得了400～700℃各等溫溫度下α相的長大速率V，其與溫度T之間的關(guān)系為V=3.799×10-62×T18.92。 系統(tǒng)研究了加熱速率對Ti-B19合金等溫相變動(dòng)力學(xué)和組織結(jié)構(gòu)的影響，結(jié)果表明，加熱速率對相轉(zhuǎn)變完成時(shí)間無明顯影響，但對等溫相變動(dòng)力學(xué)影響顯著，表現(xiàn)為：低速加熱時(shí)，ω相的均勻形核析出，為α相形核提供了有利位置，從而導(dǎo)致初始階段相轉(zhuǎn)變速率較快，且析出的α相為納米尺度，呈細(xì)小針狀或顆粒狀；當(dāng)加熱速率較快時(shí)，α

7、相直接形核長大。 研究和分析了Ti-B19合金從β相區(qū)以不同冷卻速率連續(xù)冷卻過程中的組織演變規(guī)律和相變動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，α相優(yōu)先在β晶界處形核并呈針狀向β晶內(nèi)生長，隨冷卻速率降低，β晶界α相長大，晶內(nèi)α相開始形核，生成α相的數(shù)量增加。采用Scheil疊加性原理和JMA方程，得到了連續(xù)冷卻過程中相轉(zhuǎn)變量與溫度(時(shí)間)及冷卻速率的相變動(dòng)力學(xué)方程為f(t)=1-exp{-K0(∫0exp(-E/mR(1033+Cvt))dt)m}其中