鈦合金相變及表征方法

鈦合金的相變與表征方法羅明生4月27日一、鈦合金的分類鈦合金α鈦合金工業(yè)純鈦TA1、TA2、TA3、TA4近α鈦合金α+β鈦合金TC4、TC11、TC21β鈦合金其他類型高溫合金α2合金γ合金2圖1：TA1板材650℃/h退火狀態(tài)：等軸α+少量晶間β圖2：TC4800℃退火狀態(tài)：白色等軸α+灰色晶間β圖3：Ti40合金850℃退火組織等軸β組織二、鈦合金的相變與組織1、同素異晶轉(zhuǎn)變2、馬氏體相變3、熱處理典型組織片層組織網(wǎng)籃組織雙態(tài)組織等軸組織31、同素異晶轉(zhuǎn)變

4α-Ti密排六方β-Ti體心六方純鈦882℃晶格常數(shù)a=0.3306nm，b/a=0.87,滑移系：12個(gè)晶格常數(shù)a=0.29511nm，c=0.468,滑移系：3個(gè)2、馬氏體相變

5馬氏體相變：在快速冷卻的過(guò)程中，β相轉(zhuǎn)化成α相的過(guò)程中來(lái)不及進(jìn)行，β相轉(zhuǎn)變成與母相成分相同、晶體結(jié)構(gòu)不同的過(guò)飽和固溶體。圖二：馬氏體切變形成過(guò)程圖一：淬火組織與組成關(guān)系馬氏體特點(diǎn)：1、無(wú)擴(kuò)散型相變，只發(fā)生晶格重構(gòu)2、轉(zhuǎn)變無(wú)孕育期，轉(zhuǎn)變速度極快3、轉(zhuǎn)變阻力大，需要較大的過(guò)冷度4、晶格與母相有嚴(yán)格的取向關(guān)系馬氏體類型與形態(tài)6兩種形態(tài)常見(jiàn)的類型：六方馬氏體：α’一般是α合金或β穩(wěn)定元素較少時(shí)的α+β合金淬火形成根據(jù)慣析面可分為334型和344型斜方馬氏體（α’’)晶格結(jié)構(gòu)為斜方結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于含有較高β穩(wěn)定元素的二元合金中相比α’強(qiáng)度更低，塑性更好板條馬氏體電鏡下成板條狀亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)針狀馬氏體在合金濃度較高時(shí)成針狀亞結(jié)構(gòu)為孿晶7片層組織（魏氏組織）

8形成途徑在β相區(qū)進(jìn)行熱加工或者在β相區(qū)退火。主要特征具有粗大等軸的原始β晶粒性能特性斷裂韌性高；在較快冷卻狀態(tài)下其蠕變抗力和持久強(qiáng)度較高塑性低，尤其是斷面收縮率低于其它類型的層片組織網(wǎng)籃組織

9形成途徑在β相區(qū)開(kāi)始變形，但在（α＋β）相區(qū)終止變形，原始β晶粒及晶界α破碎，冷卻后形成主要特征α叢的尺寸減小，α條變短，且各叢交錯(cuò)排列，猶如編織網(wǎng)籃的形狀性能特性塑性及疲勞性能高于魏氏組織斷裂韌性低于魏氏組織網(wǎng)籃組織形成途徑在α-β區(qū)上部溫度以一定速度冷卻，或在兩相區(qū)上部溫度進(jìn)行變形形成雙態(tài)組織主要特征既存在等軸的初生α，又存在片狀的α-β性能特性與魏氏組織相反，具有較高的疲勞強(qiáng)度和塑性雙態(tài)組織

10雙態(tài)組織等軸組織

11形成途徑在α＋β相區(qū)熱加工時(shí)，

α相和β發(fā)生了再結(jié)晶，獲得了完全等軸的α＋β主要特征多角或類似球形的顯微組織，個(gè)方向具有大致相同的尺寸性能特性塑性、疲勞強(qiáng)度、抗缺口敏感性和熱穩(wěn)定性好斷裂韌性、持久疲勞強(qiáng)度和蠕變前度差一些等軸組織總結(jié)鈦合金性能與組織的關(guān)系性能魏氏組織網(wǎng)籃組織雙態(tài)組織等軸組織拉伸強(qiáng)度高較高較高稍低拉伸塑性低良好優(yōu)沖擊韌性低優(yōu)好較好疲勞強(qiáng)度低較好好有斷裂韌性高較好較好低蠕變抗力高較好較好低12三、鈦合金的表征方法1、微觀組組織分析：光學(xué)電子顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）2、物相類型分析：X射線衍射電子衍射13電鏡類型14類型探測(cè)介質(zhì)分辨率穿透能力光學(xué)顯微鏡OpticalMicroscopy可見(jiàn)光~200nm表面/內(nèi)部(透明物體)掃描電子顯微鏡ScanningElectronMicroscopy(SEM)電子~1nm表面透射電子顯微鏡TransmissionElectronMicroscopy(TEM)電子~0.05nm內(nèi)部聚焦離子束

FocusedIonBeam(FIB)離子~10nm表面掃描隧道顯微鏡ScanningTunnelingMicroscopy(STM)懸臂梁探針~0.1nm表面原子力顯微鏡AtomicForceMicroscopy(AFM)懸臂梁探針~0.1nm表面掃描電子顯微鏡（SEM）151入射電子和原子核碰撞彈性非彈性背散射