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钛合金中的α”马氏体具有热弹性马氏体的特点,对研究和发展高强度、低弹性模量、恒弹性模量钛合金以及形状记忆钛合金均具有重要的作用。形成α”马氏体要求合金含较高浓度的β稳定元素,目前对α”马氏体各方面的研究主要基于β和亚稳β合金。α+β两相钛合金在两相区中的一定温度范围内淬火时也会形成α”马氏体,对合金的性能产生影响,但由于体积分数较小,并未引起人们的重视。本文研究了Ti-(3.5~4.5)Al-(3.5~5.6)Mo合金在两相区水淬时生成α”马氏体的相变过程,以完善对α”马氏体形态学和结晶学的研究理论。
研究发现,Ti-(3.5~4.5)Al-(3.5~5.5)Mo钛合金在α+β/β相变点以下20~100℃(即TR=20~100℃)温度区间淬火时,合金共有四种不同的相组成。随淬火温度降低,相组成依次是α+α’、α+α’+α”、α+α”和α+α”+β。淬火温度对α”马氏体的尺寸、体积分数和分布产生影响。在相变点以下20-40℃淬火时,α”马氏体片层长轴小于500nm,短轴小于50nm,βT中所占体积分数不足10%,α”长轴与α’长轴夹角约75°;在相变点以下60℃淬火时,大部分α”长、短轴的尺寸分布500nm以上和100nm左右,少部分长轴贯穿整个原始β晶粒,α”体积分数超过βT的50%,在整个合金中α”体积分数达到最大值,相对小尺寸的α”长轴与同尺寸的αm长轴近似平行,与大尺寸αm长轴呈~75°夹角;在相变点以下80℃淬火时,α”长轴继续增大,甚至贯穿整个原始β晶粒,短轴在100-200nm之间,α”在βT中体积分数达到最大值,在整个合金的比例开始呈下降趋势,α”长轴与α’长轴近似平行;相变点以下100℃时,α”尺寸基本与上一淬火温度保持不变,体积分数在βT和整个合金中明显下降,α”分布在β相基体中,不同取向α”片层长轴夹角90°。
α”晶格呈现有序性,超点阵衍射和反相畴界(APBs)消失说明结构是近程有序的,即化学近程有序(CSRO)。本文提出了一种新的α”有序结构模型,该结构能同时满足消光效应和合金元素含量的要求。随淬火温度变化,α”晶格常数变化明显。
α”与β相的取向关系为[001]β//[100]α”、(110)β//(001)α”。α”马氏体相变的惯习面随TR不同发生变化,在TR=20、40、60℃时随温度降低逐渐靠近(210)α”;TR=80和100℃淬火时分布在(011)α”附近,在两个温度范围内,惯习面取向差约为75°。TR=20、40和60℃时,合金中以(110)α”孪晶为主,TR=80和100℃,以(111)α"孪晶为主。
Ti-(3.5-4.5)Al-(3.5-5.5)Mo合金中α”析出特征是由母相β的电子浓度e/α决定的。e/α自4.00增加至4.02,α”的各种特征值连续变化;从4.02增加至4.03时,惯习面、孪晶等发生突变。随着电子浓度从4.00增加至4.05,α”的稳定性先增加,在4.02与4.03之间达到最稳定状态,而后降低。α”的析出峰效应以及α、α’和α”三相共存,根本原因是α”的电子浓度e/α变化导致α”稳定性改变。