鈦合金相變及表征方法

1、1896192019872006鈦合金的相變與表征方法鈦合金的相變與表征方法羅明生羅明生 4月月27日日一、鈦合金的分類(lèi)一、鈦合金的分類(lèi)鈦合金鈦合金工業(yè)純鈦 TA1、TA2、TA3、 TA4近鈦合金 +鈦合金TC4、TC11、TC21鈦合金其他類(lèi)型高溫合金2合金合金2圖圖 1 1： TA1TA1板材板材650650/h/h退火狀態(tài)：退火狀態(tài)：等軸等軸+少量晶間少量晶間圖圖 2 2： TC4800TC4800退火狀態(tài)：退火狀態(tài)：白色等軸白色等軸+灰色灰色晶間晶間圖圖 3 3：Ti40Ti40合金合金850850退火組織退火組織等等軸軸組織組織 二、鈦合金的相變與組織二、鈦合金的相變與組織1、同素

2、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 1、同素異晶轉(zhuǎn)變、同素異晶轉(zhuǎn)變4-Ti 密排六方密排六方-Ti 體心六方體心六方 + T i A lT i A l + T iA lT iA l + T iA l2 + T i A l + T iA l + L + T iA lT iA l + LT iA l + T iA l + 27 0 09 0 01 1 0 01 3 0 01 5 0 0T em perature, C23T iA l + T iA l23T iA l + T iA l3T iA l + A l3T iA l + A lA llo tro p

3、 ic p h a s e c h a n g e fo r T iA l3L + 3 + T iA l3T iA l + L1 7 0 0純鈦純鈦882晶格常數(shù)晶格常數(shù)a=0.3306nma=0.3306nm，b/a=0.87,b/a=0.87,滑移系：滑移系：1212個(gè)個(gè)晶格常數(shù)晶格常數(shù)a=0.29511nma=0.29511nm，c=0.468,c=0.468,滑移系：滑移系：3 3個(gè)個(gè)2 2、馬氏體相變、馬氏體相變5馬氏體相變：在快速冷卻的過(guò)程中，馬氏體相變：在快速冷卻的過(guò)程中， 相轉(zhuǎn)化成相轉(zhuǎn)化成 相的過(guò)程中相的過(guò)程中來(lái)不及進(jìn)行，來(lái)不及進(jìn)行， 相轉(zhuǎn)變成與母相成分相同、晶體結(jié)構(gòu)不同的相轉(zhuǎn)

4、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。過(guò)飽和固溶體。圖二：馬氏體切變形成過(guò)程圖二：馬氏體切變形成過(guò)程圖一：淬火組織與組成關(guān)系圖一：淬火組織與組成關(guān)系馬氏體特點(diǎn)：馬氏體特點(diǎn)：1 1、無(wú)擴(kuò)散型相變，只發(fā)生晶格重構(gòu)、無(wú)擴(kuò)散型相變，只發(fā)生晶格重構(gòu)2 2、轉(zhuǎn)變無(wú)孕育期，轉(zhuǎn)變速度極快、轉(zhuǎn)變無(wú)孕育期，轉(zhuǎn)變速度極快3 3、轉(zhuǎn)變阻力大，需要較大的過(guò)冷度、轉(zhuǎn)變阻力大，需要較大的過(guò)冷度4 4、晶格與母相有嚴(yán)格的取向關(guān)系、晶格與母相有嚴(yán)格的取向關(guān)系馬氏體類(lèi)型與形態(tài)馬氏體類(lèi)型與形態(tài)6兩種形態(tài)兩種形態(tài)常見(jiàn)的類(lèi)型：常見(jiàn)的類(lèi)型：六方馬氏體： 一般是合金或穩(wěn)定元素較少時(shí)的+合金淬火形成 根據(jù)慣析面可分為334型和34

5、4型斜方馬氏體（) 晶格結(jié)構(gòu)為斜方結(jié)構(gòu) 出現(xiàn)于含有較高穩(wěn)定元素的二元合金中 相比強(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）片層組織（魏氏組織）8 在相區(qū)進(jìn)行熱加工或者在相區(qū)退火。形成途徑形成途徑 具有粗大等軸的原始晶粒主要特征主要特征 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(lèi)型的性能特性性能特性層片組織層片組織網(wǎng)籃組織網(wǎng)籃組織9 在相區(qū)開(kāi)始變形，但在（）相區(qū)終止變形，原始晶粒及晶界破碎，冷卻后形成形成途徑形成途徑 叢的尺寸減小，條變短，且各叢交錯(cuò)排列，猶如編織網(wǎng)

6、籃的形狀主要特征主要特征 塑性及疲勞性能高于魏氏組織 斷裂韌性低于魏氏組織性能特性性能特性網(wǎng)網(wǎng)籃籃組組織織 在-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)組織形成途徑形成途徑 既存在等軸的初生，又存在片狀的-主要特征主要特征 與魏氏組織相反，具有較高的疲勞強(qiáng)度和塑性性能特性性能特性雙態(tài)組織雙態(tài)組織10雙態(tài)組織雙態(tài)組織等軸組織等軸組織11 在相區(qū)熱加工時(shí)， 相和發(fā)生了再結(jié)晶，獲得了完全等軸的形成途徑形成途徑 多角或類(lèi)似球形的顯微組織，個(gè)方向具有大致相同的尺寸主要特征主要特征 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性能特性性能特性等軸組織

7、等軸組織總結(jié)總結(jié)鈦合金性能與組織的關(guān)系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(lèi)型分析：X射線(xiàn)衍射電子衍射13電鏡類(lèi)型電鏡類(lèi)型14類(lèi)型類(lèi)型探測(cè)介質(zhì)探測(cè)介質(zhì)分辨率分辨率穿透能力穿透能力光學(xué)顯微鏡Optical Microscopy可見(jiàn)光200 nm 表面 /內(nèi)部 (透明物體)掃描電子顯微鏡Scanning Elec

8、tron Microscopy (SEM)電子1 nm表面透射電子顯微鏡Transmission Electron Microscopy (TEM)電子0.05 nm內(nèi)部聚焦離子束Focused Ion Beam (FIB)離子10 nm表面掃描隧道顯微鏡Scanning Tunneling Microscopy (STM)懸臂梁探針0.1 nm表面原子力顯微鏡Atomic Force Microscopy (AFM)懸臂梁探針0.1 nm表面掃描電子顯微鏡（掃描電子顯微鏡（SEMSEM）151入射入射電子和電子和原子核原子核碰撞碰撞彈性彈性非彈性非彈性背散射背散射2入射入射電子和電子和核外電子核