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本文研究了Zr含量对Ti-1100合金650℃拉伸变形和断裂机制的影响。通过研究发现:
正常Zr含量(4wt.%)的Ti-1100合金在650℃拉伸变形时:一)合金内存在晶界滑移、位错在α相中的滑移以及α/β相界面滑移。其中原始β晶粒的晶界滑移是导致合金试样表面起伏不平的主要原因;二)温度升高,位错开动所需临界分切应力减小,在相同的应力条件下可以更容易地观察到柱面滑移,基面滑移和锥面滑移这些不同类型的位错滑移;三)α/β相界面滑移发生在台阶状的{10-10}β//{1-12}β面上并且沿[0002]α//[110]β方向进行;四)α束片层滑移和晶界滑移导致晶界微孔的产生。而β转变组织中α束与晶界α之间关系的差异会产生不同的微孔扩展长大效果。
本文还对正常Zr含量的Ti-1100合金在600℃和650℃拉伸变形和断裂机制的差异进行了研究。结果显示,Ti-1100合金在600℃和650℃拉伸变形时,试样中都存在晶界滑移,穿越α束的位错滑移以及α/β相界面滑移。由于Ti-1100合金的等强温度在600~650℃之间,合金在600℃拉伸断裂时,断口形貌呈现穿晶断裂模式,而在650℃拉伸断裂时,断口形貌呈现沿晶断裂模式。
随合金Zr含量的增加,合金中S2型硅化物的溶解温度升高。当在1050℃进行热加工时,合金处于β+S2两相区,此时合金由β相和S2型硅化物组成。由于S2型硅化物的存在,使β晶界的迁移受阻碍,降低了合金的β晶粒尺寸。当合金进行冷却时,β相中析出晶界α相和α束,与此同时S2型硅化物能够为α相提供非均匀形核的基础,使α相在β晶粒内部能非均匀形核,形成独立α片,这些独立α片之间以及独立α片与α束之间相互交叉,最终形成α束加交叉α片的混合形貌。
合金的显微组织形貌和硅化物的析出规律发生改变,使合金的高温变形和断裂机制也发生相应变化:
首先,α相中硅化物的存在阻碍了位错的长距离滑移,使位错线绕过硅化物前进所需的临界分切应力增加,为了保证合金的进一步变形,位错只能通过交滑移的方式绕过硅化物继续前进;其次,由于原始β晶粒尺寸和α束尺寸的显著下降使得α/β相界面滑移距离也明显下降,同时相互交叉的α片层也会限制α/β相界面的滑移;第三,随合金Zr含量的增加,合金的等强温度升高并超过650℃。当合金在650℃进行拉伸变形时,由于晶界具有较高的强度,晶界滑移造成变形的比例减小,合金的塑性变形主要通过晶内变形来实现,合金的断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂。
进一步分析发现,晶界强度是影响合金强度的重要因素。通过增加合金的Zr含量,能强化合金的晶粒和晶界,使合金的等强温度获得提高,导致合金的变形和断裂方式改变,使合金650℃拉伸强度获得显著提高。说明通过提高Zr元素含量的方法,是提高合金的使用温度的一种有效途径。