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钛在加热过程中晶粒生长成型的研究

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-11-30 12:00:10
及Ti-6Al-4V钛合金由于具有高比强度、高韧性等优异的力学性能,较低的弹性模量、耐腐蚀,在化工、航空及医疗领域得到广泛应用,尤其是近年来医疗领域的新型β钛合金设计开发。而目前国内外对钛合金的研究主要针对两相钛合金及新型β钛合金,有关纯钛研究报道较少。文献报道了纯钛组织与硬度的关系,也有报道纯钛超细晶粒化的组织与性能、纯钛循环变形的微观结构。作为单一相多晶体金属材料,除材料本身化学成分的影响外,纯钛的力学性能主要与微观晶粒尺寸及其分布有关,而纯钛的微观组织与其热加工、热处理有关。工业纯钛采用锻轧热加工后进行再结晶退火处理,退火温度一般在600~700℃范围内。本文研究纯钛在等温加热过程中再结晶晶粒生长行为,分析讨论等温保温时间对纯钛晶粒尺寸的影响。
 
钛铝合金型材即在工业纯钛中加入合金元素,以提高钛的强度。钛合金可分三种:a钛合金,b钛合金和a+b钛合金。ab钛合金是由a和b双相组成,这类合金组织稳定,高温变形性能、韧性、塑性较好,能进行淬火、时效处理,使合金强化。钛合金的性能特点主要表现在:a.比强度高。铝钛合金型材密度小(4.4kg/dm3)重量轻,但其比强度却大于超高强度钢。b.热强性高。铝钛合金型材的热稳定性好,在300~500℃条件下,其强度约比铝合金高10倍。c.化学活性大。钛可与空气中的氧、氮、一氧化碳、水蒸气等物质产生强烈的化学反应,在表面形成TiC及TiN硬化层。
 
实验选用TA3工业纯钛,化学成分(质量分数,%)为:0.22%O、0.002%H、0.022%N、0.013%C、0.17%Fe。原始铸锭经锻轧加工成20mm钛棒,作为实验材料。将实验棒材切割成20mm×20mm的金相分析样品,采用马弗炉进行热处理实验,等温加热温度均为650℃,分别保温10min、20min、30min、40min、50min,保温后空冷。按V(HF∶HNO3∶H2O)=1∶3∶8的酸配比腐蚀实验纯钛微观组织,采用BX51Olympus金相显微镜进行金相分析,采用www.hvw00.com金相分析软件对不同热处理条件下的样品进行组织晶粒尺寸定量分析。
 
a.实验纯钛在650℃再结晶温度下保温10~50min,保温开始阶段,晶粒尺寸增长速率较慢,一些大晶粒内出现孪晶,随着保温时间进一步延长,晶粒尺寸增长速率逐步提高,晶粒迅速增长,孪晶消失;加热保温50min后晶粒完全等轴,平均晶粒度85μm,较热轧态提高约1倍。并通过金相定量分析可知:随着保温时间延长,纯钛晶粒尺寸趋于较为集中的一到两个晶粒尺寸范围内;
b.由于热轧态下纯钛不同晶粒间晶格畸变能的较大差异,出现了晶粒竞争生长现象,保温初期晶粒尺寸差异明显;由于晶体内高晶格畸变能,并伴孪生切变,导致晶粒生长过程中原子扩散速率逐步提高,晶粒增长速率增加;进一步研究更长时间的再结晶加热过程发现:由于晶粒晶格畸变能及孪晶的消失,晶粒增长速率逐步降低。
 
在650℃、保温10~50min下对纯钛进行再结晶等温加热处理。保温开始阶段,晶粒尺寸增长速率较慢,由于热轧态下纯钛不同晶粒间晶格畸变能的较大差异,出现了晶粒竞争生长现象,保温初期晶粒尺寸差异明显,一些大晶粒内出现孪晶;在随后的加热过程中,由于晶体内高晶格畸变能,并伴孪生切变,晶粒生长过程中原子扩散速率逐步提高,晶粒增长速率增加,晶粒尺寸趋于均匀。进一步研究更长时间的再结晶加热过程发现:由于晶粒晶格畸变能及孪晶的消失,晶粒增长速率将会逐步降低。
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