【摘 要】
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TiB增强钛合金的力学性能不仅受TiB增强相尺寸、含量及分布的影响,基体组织的形貌和晶体取向也是影响其力学性能的关键因素。目前针对TiB增强钛合金的研究多集中于对增强相的调控,但对基体组织形貌及晶体取向的研究尚不充分。本文分别通过熔铸法与粉末冶金法制备得到不同B含量的TiB/TC25G合金,对二者组织特性的差异进行了对比分析,研究了热加工过程中TiB对材料组织与织构演变规律的影响,并对不同工艺制备
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TiB增强钛合金的力学性能不仅受TiB增强相尺寸、含量及分布的影响,基体组织的形貌和晶体取向也是影响其力学性能的关键因素。目前针对TiB增强钛合金的研究多集中于对增强相的调控,但对基体组织形貌及晶体取向的研究尚不充分。本文分别通过熔铸法与粉末冶金法制备得到不同B含量的TiB/TC25G合金,对二者组织特性的差异进行了对比分析,研究了热加工过程中TiB对材料组织与织构演变规律的影响,并对不同工艺制备的TiB/TC25G合金的力学行为和失效机理进行了初步探索。首先基于熔铸法与粉末冶金法制备过程中TiB析出机制,对比了α相和β相与TiB之间取向关系的差异,并分析了 TiB对次生α相变体选择的影响规律,得到了 TiB与基体界面处等轴状non-BORα相的析出规律。基于此,通过热处理对TiB/TC25G合金组织中α相形貌及晶体取向进行了调控,发现次生α相可以在较低的冷却速率下呈等轴状析出,由此提出了仅通过热处理即可获得TiB/TC25G合金等轴组织的方法。以B含量为0.6wt.%的TiB/TC25G合金为主要研究对象,对β相区单向压缩过程中合金的组织演化规律展开了系统研究,并分析了 TiB对基体组织形貌与织构的影响机制。TiB在变形过程中沿金属流动方向发生倾转,使其逐渐平行于金属流动方向分布。虽然变形过程中TiB周围形成的局部高应变区域对β相动态再结晶有明显促进作用,但在较大变形下基体组织仍产生<100>β∥CD的强丝织构和<111>β∥CD的弱丝织构,这两种织构的产生导致了α相变体选择的发生,其中<100>/<100>亚晶界易析出<1011>α∥CD的α变体,<100>/<111>原始β晶界处易析出<1120>α∥CD的α变体。进一步研究发现,单向大变形时β晶粒将发生几何动态再结晶,其晶粒尺寸得到显著细化,但必然导致其产生<100>β平行于压缩方向的强丝织构。为弱化合金的织构,对TiB/TC25G合金进行多向压缩变形,发现换向多道次小变形可以在细化晶粒的同时起到弱化β相织构的作用。沿金属流动方向换向压缩后,TiB的分布也可再次转变为近似于小尺寸网格的无序空间结构,但其晶体取向逐步趋于一致,形成<100>∥CD、<010>∥RD1、<001>∥RD2的单一取向,这为通过热加工调整TiB的分布和取向提供了实验依据。研究了在α+β两相区变形过程中TiB对初生α相晶体取向的影响。临近TiB的α板条内具有较大取向差积累,促进α板条内发生连续动态再结晶的球化过程。变形后α相具有c轴近似垂直于CD的织构特征,Tβ-30℃变形60%试样中α相最大织构极密度仅6.14,较原始组织(16.49)大幅度减弱。除传统球化机制外,在TiB与α相界面处可以发生α相的外延再结晶并产生与其符合特定取向关系的等轴α相。最后对TiB/TC25G合金力学行为的初步探索发现,热变形产生的TiB集中取向使TiB/TC25G合金锻件性能具有明显各向异性,平行于受力方向的TiB可更好的起到承载效果。TiB的引入在提高材料强度的同时使其塑性有所下降,但基于TiB对α相变体选择的影响以及慢冷退火时TiB与基体界面处等轴状non-BOR α相的析出,可以通过热加工工艺的调整实现对α相形貌及晶体取向的调控,进而改善TiB/TC25G合金的综合性能。
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