时效工艺对ti1023合金时效行为及力学性能的影响(附件)
在时间相同的条件下，对比研究了单级时效，双级时效和两次固溶双极时效对TB6力学性能的影响。结果显示，时效时间相同时，单级时效屈服强度最高，双级时效和两次固溶双极时效相近，但是双级时效延伸率远高于单级时效和两次固溶双极时效。三种时效后力学性能表明，双级时效具有最好的强度塑性匹配，而两次固溶双极时效最差。断口分析显示，单级时效和两次固溶双极时效为延晶断口高倍形貌显示为晶界延性断裂。而双级时效断口以穿晶韧窝为主。根据微观组织观察，双级时效良好的塑性匹配主要归结于双级时效晶界α相薄膜的抑制和时效处理后初始晶界、晶内组织之间强度差的降低。关键词 TB6，时效，强度，塑性
目 录
1 绪论 1
1.1 钛合金介绍 1
1.2钛合金的热处理 2
1.3 钛及钛合金的强化机制 3
1.4 TB6的介绍 3
1.5 本论文研究背景、内容和技术路线 4
2 实验材料与实验方法 5
2.1 实验材料与实验设备 5
2.2 实验方法 7
3 实验结果 8
3.1固溶及时效后样品的XRD物相分析 8
3.2时效样品的金相形貌 9
3.3时效样品的TEM形貌 9
3.4时效样品的力学性能 12
3.5时效样品拉伸后的断口形貌 14
3.6结果讨论 16
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
绪论
1.1 钛合金介绍
1.1.1钛合金的分类
纯钛密度是4.5g/cm3，熔点是1668℃，由于钛的化学性质较为活泼，自然界中的钛多以化合物态存在。钛存在两种不同的晶体结构，当温度低于882℃，呈αTi，晶体结构为密排六方；当温度大于882℃且小于1668℃，呈βTi，晶体结构为体心立方。由于晶体结构不同，两种形态性质也大不相同。加上合金元素变为钛合金，由于所加金属元素不同，钛合金同样存在三种不同的相区：α单相区，β单相区和（α+β）两相区[1]，分别表示为TA、TB、TC。本文研究的TB6合金是近β钛合金。α钛合金一般切削性能比较好，β钛合金 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
切削性能不如α钛合金。钛合金综合性能较好，因此用途广泛，根据其不同领域应用可以分为高强合金、耐热合金、耐蚀合金和特殊功能合金等。
1.1.2钛合金的性质和用途
(1)比强度高[2]。我们需要一些比强度较好的材料，经过筛选，钛合金较为合适。究其原因，是因为钛合金的材料性能相对较好。当强度差不多的时候，钛合金重量较轻，一般来说，钛合金的密度大约为4.47g/cm3，仅为钢的59.8％，这正是我们所需要它拥有的性能。正是因为钛合金这种性能，使得它相对而言更加优秀。当它被当做为飞机的部分零件，以及起落架的时候。
(2)强度高，为了能够满足一些特殊零件性能要求，可以大大增加合金强度，加入一些元素，形成中间相，可以大大增加合金强度，也就是形成高强钛合金。就现在而言，高强钛合金主要应用于航天航空业。像Ti1300、Ti26合金在航空航天业应用非常多，由于目前各国太空领土竞争激烈，我们需要大力发展航天航空业，高强钛合金产量迫切需要，因此我们多研制一些性能优越的高强钛合金。
(3)热强度高，高温下，绝大数金属会失去原有的力学性能，主要是塑韧性，强度更是基本为零，但是钛合金在高温下依然保持常温下的综合性能，其具备的塑韧性仍然不变，强度更是保持完好。目前Ti600已经能够在600℃高温下保持良好的力学性能，不错的蠕变能力，但是其具有更高温度下使用的潜力，对其正在做更高温度下的综合力学试验。
(4)抗蚀性好，由于金属材料需要在各种不同情况下使用，有时会存在高温，强碱，强酸等极端情况，此时需要钛合金拥有良好的耐腐蚀性，钛合金在大多数情况下比钢材具有更好的耐腐蚀性，这主要是因为钛可以与空气中的氧结合以抑制进一步氧化。表面致密的保护膜能够在较长时间内保护钛合金稳定性。由于需要应对不同工作环境下的腐蚀介质，国内正在研制专用介质下耐腐蚀的钛合金。
(5) 低温性能好，钛合金不会发生冷脆现象。在超低温下，强度和塑性依然没有完全失去。和其他金属相比，低温性能较良好。
(6) 化学性质活泼，与空气中的氧气、氮气和二氧化碳等会发生化学反应。和二氧化碳发生化学反应，会在钛合金中生成硬质碳化钛；和氮气发生化学反应，可生成氮化钛硬质表层；和氧气反应化学反应，会生成硬度很高的硬化层；和氢气发生化学反应，生成脆化层。
1.2钛合金的热处理
主要热处理工艺是固溶处理和时效处理。
固溶处理是钛合金主要热处理方式之一，固溶处理时，需要制定合理的固溶温度，在固溶温度下进行一定时间保温，固溶温度严禁偏高，不然会无法控制晶粒的长大速度，导致最终晶粒粗大，使其力学性能变差，大大的影响钛合金的强度；同样，固溶温度严禁偏低，不然会无法将第二相粒子完全溶入基体，可能会使单相固溶体基体上附着第二相粒子，虽然合金的强度可能会得到提升，但是塑性会大打折扣，得到不单项固溶体，严重影响到下一步的时效处理。我们不仅要控制好固溶温度，保温时间也要严格控制，保温时间不能太长，也不能太短。根据固溶处理合金的有效厚度来决定，合金越厚所需时间越长，合金厚度越薄所需时间越短。固溶温度一般在750℃960℃之间，保温大约为560min，然后进行冷却。冷却速度要根据不同需要进行不同调节，如果空冷的话，可能导致冷却速度过慢，固溶效果会大打折扣。因此，对冷却工艺的选择要慎重选择，为时效析出打好基础。
时效处理是为了在固溶后的单一固溶体析出中间相，以增加合金强度。一般通过人工时效来快速的析出中间。不过，自然时效通过长年累月的量变，也可以达到时效目的。但是生产中有着严格的时间要求，快节奏的生产方式，自然时效温度是达不到要求的，强度也就达不到要求，不是我们时效的目的。所以一般是人工时效，大大提高时效效率，可以精确控制时效的时间和温度，可以根据不同情况，调节时效时间和温度，来增加钛合金的硬度。
固溶处理后杂质相再结晶合并获得单一固溶体，晶内组织之间的内应力也会显著降低，大大提高钛合金的塑性，为时效析出打好基础。
固溶处理后通常紧接着时效处理，因为固溶处理后的钛合金虽然塑性达到了要求，但是钛合金的强度还远远达不到要求。此时进行时效处理，时效的时间和温度根据不同要求来调节，固溶体中晶界处会生长出中间相，钛合金硬度得到大大的提高。但是，时效的时间和温度也要严格把控。如果温度偏高，晶粒会快速长大，晶粒一旦粗大化，不仅强度得不到提高，塑性也会变差；温度偏低的话，第二相粒子无法析出，达不到时效的目的。时间太长，合金发生过时效，适得其反，强度和塑性都会大大降低；时间太短，时效析出较差，达不到时效处理的目的。
目 录
1 绪论 1
1.1 钛合金介绍 1
1.2钛合金的热处理 2
1.3 钛及钛合金的强化机制 3
1.4 TB6的介绍 3
1.5 本论文研究背景、内容和技术路线 4
2 实验材料与实验方法 5
2.1 实验材料与实验设备 5
2.2 实验方法 7
3 实验结果 8
3.1固溶及时效后样品的XRD物相分析 8
3.2时效样品的金相形貌 9
3.3时效样品的TEM形貌 9
3.4时效样品的力学性能 12
3.5时效样品拉伸后的断口形貌 14
3.6结果讨论 16
结 论 19
致 谢 20
参 考 文 献 21
绪论
1.1 钛合金介绍
1.1.1钛合金的分类
纯钛密度是4.5g/cm3，熔点是1668℃，由于钛的化学性质较为活泼，自然界中的钛多以化合物态存在。钛存在两种不同的晶体结构，当温度低于882℃，呈αTi，晶体结构为密排六方；当温度大于882℃且小于1668℃，呈βTi，晶体结构为体心立方。由于晶体结构不同，两种形态性质也大不相同。加上合金元素变为钛合金，由于所加金属元素不同，钛合金同样存在三种不同的相区：α单相区，β单相区和（α+β）两相区[1]，分别表示为TA、TB、TC。本文研究的TB6合金是近β钛合金。α钛合金一般切削性能比较好，β钛合金 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
切削性能不如α钛合金。钛合金综合性能较好，因此用途广泛，根据其不同领域应用可以分为高强合金、耐热合金、耐蚀合金和特殊功能合金等。
1.1.2钛合金的性质和用途
(1)比强度高[2]。我们需要一些比强度较好的材料，经过筛选，钛合金较为合适。究其原因，是因为钛合金的材料性能相对较好。当强度差不多的时候，钛合金重量较轻，一般来说，钛合金的密度大约为4.47g/cm3，仅为钢的59.8％，这正是我们所需要它拥有的性能。正是因为钛合金这种性能，使得它相对而言更加优秀。当它被当做为飞机的部分零件，以及起落架的时候。
(2)强度高，为了能够满足一些特殊零件性能要求，可以大大增加合金强度，加入一些元素，形成中间相，可以大大增加合金强度，也就是形成高强钛合金。就现在而言，高强钛合金主要应用于航天航空业。像Ti1300、Ti26合金在航空航天业应用非常多，由于目前各国太空领土竞争激烈，我们需要大力发展航天航空业，高强钛合金产量迫切需要，因此我们多研制一些性能优越的高强钛合金。
(3)热强度高，高温下，绝大数金属会失去原有的力学性能，主要是塑韧性，强度更是基本为零，但是钛合金在高温下依然保持常温下的综合性能，其具备的塑韧性仍然不变，强度更是保持完好。目前Ti600已经能够在600℃高温下保持良好的力学性能，不错的蠕变能力，但是其具有更高温度下使用的潜力，对其正在做更高温度下的综合力学试验。
(4)抗蚀性好，由于金属材料需要在各种不同情况下使用，有时会存在高温，强碱，强酸等极端情况，此时需要钛合金拥有良好的耐腐蚀性，钛合金在大多数情况下比钢材具有更好的耐腐蚀性，这主要是因为钛可以与空气中的氧结合以抑制进一步氧化。表面致密的保护膜能够在较长时间内保护钛合金稳定性。由于需要应对不同工作环境下的腐蚀介质，国内正在研制专用介质下耐腐蚀的钛合金。
(5) 低温性能好，钛合金不会发生冷脆现象。在超低温下，强度和塑性依然没有完全失去。和其他金属相比，低温性能较良好。
(6) 化学性质活泼，与空气中的氧气、氮气和二氧化碳等会发生化学反应。和二氧化碳发生化学反应，会在钛合金中生成硬质碳化钛；和氮气发生化学反应，可生成氮化钛硬质表层；和氧气反应化学反应，会生成硬度很高的硬化层；和氢气发生化学反应，生成脆化层。
1.2钛合金的热处理
主要热处理工艺是固溶处理和时效处理。
固溶处理是钛合金主要热处理方式之一，固溶处理时，需要制定合理的固溶温度，在固溶温度下进行一定时间保温，固溶温度严禁偏高，不然会无法控制晶粒的长大速度，导致最终晶粒粗大，使其力学性能变差，大大的影响钛合金的强度；同样，固溶温度严禁偏低，不然会无法将第二相粒子完全溶入基体，可能会使单相固溶体基体上附着第二相粒子，虽然合金的强度可能会得到提升，但是塑性会大打折扣，得到不单项固溶体，严重影响到下一步的时效处理。我们不仅要控制好固溶温度，保温时间也要严格控制，保温时间不能太长，也不能太短。根据固溶处理合金的有效厚度来决定，合金越厚所需时间越长，合金厚度越薄所需时间越短。固溶温度一般在750℃960℃之间，保温大约为560min，然后进行冷却。冷却速度要根据不同需要进行不同调节，如果空冷的话，可能导致冷却速度过慢，固溶效果会大打折扣。因此，对冷却工艺的选择要慎重选择，为时效析出打好基础。
时效处理是为了在固溶后的单一固溶体析出中间相，以增加合金强度。一般通过人工时效来快速的析出中间。不过，自然时效通过长年累月的量变，也可以达到时效目的。但是生产中有着严格的时间要求，快节奏的生产方式，自然时效温度是达不到要求的，强度也就达不到要求，不是我们时效的目的。所以一般是人工时效，大大提高时效效率，可以精确控制时效的时间和温度，可以根据不同情况，调节时效时间和温度，来增加钛合金的硬度。
固溶处理后杂质相再结晶合并获得单一固溶体，晶内组织之间的内应力也会显著降低，大大提高钛合金的塑性，为时效析出打好基础。
固溶处理后通常紧接着时效处理，因为固溶处理后的钛合金虽然塑性达到了要求，但是钛合金的强度还远远达不到要求。此时进行时效处理，时效的时间和温度根据不同要求来调节，固溶体中晶界处会生长出中间相，钛合金硬度得到大大的提高。但是，时效的时间和温度也要严格把控。如果温度偏高，晶粒会快速长大，晶粒一旦粗大化，不仅强度得不到提高，塑性也会变差；温度偏低的话，第二相粒子无法析出，达不到时效的目的。时间太长，合金发生过时效，适得其反，强度和塑性都会大大降低；时间太短，时效析出较差，达不到时效处理的目的。
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