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TB17钛合金等温时效析出行为王哲;王新南;祝力伟;朱知寿【摘要】Transmission Electron Microscope ( TEM) , X-Ray Diffraction( XRD) and Optical Microscope( OM) were employed to inves-tigate the aging precipitation behavior of a new type of ultra-high strength TB17 titanium alloy. The results show that during heat solu-tion treated in theβphasefield followed by aging the secondaryαphase is nucleated, precipitated and grew on theβphase matrix,and the precipitated phase is lamellar structure which has burgers relation with the matrix. Th e secondaryαphase contentis increased rap-idly and finally reach a steady-state as aging time increased and the final product of aging consists ofαphase andβphase. there is a good linearity relationship between the content of secondary α phase and the hardness of age hardening. The TB17 titanium alloy iso-thermal phase transformation kinetics can be described by JMAK equation.%采用X射线衍射( XRD)、透射电子显微镜( TEM)、光学显微镜( OM)等对新型超高强韧 TB17钛合金次生α相转变动力学进行研究。
热处理工艺对不同材料的显微组织和相变的影响热处理工艺是材料科学中一个非常重要的工艺，通过控制材料的加热和冷却过程，可以显著改变材料的显微组织和性能。
不同材料的显微组织和相变受热处理工艺的影响也不尽相同。
首先，对于钢材来说，热处理工艺对其显微组织和相变的影响尤为明显。
钢材经过加热和冷却过程，可以通过不同的热处理方式，如退火、正火、淬火等，来调控其组织和性能。
退火处理可以通过连续加热至适当温度，然后慢慢冷却，使钢材结晶微观组织内部发生均匀化和再结晶，从而获得良好的塑性和韧性。
而正火处理则是将钢材加热至奥氏体区域，然后慢慢冷却，使其获得良好的硬度和强度。
淬火则是将钢材迅速冷却，使其形成马氏体组织，从而获得更高的硬度。
通过这些热处理工艺，可以使钢材在不同工程应用中具有理想的组织和性能。
此外，对于铝合金来说，热处理工艺也能对其显微组织和相变产生重要的影响。
铝合金中的合金元素通过热处理可以形成细小且均匀分布的相，如硬质相、溶固相等。
通过固溶处理，可以将整个合金加热至其固溶温度，然后迅速冷却，使溶固相得到均匀溶解，并使合金的形变能降低。
而时效处理则是将固溶态的合金加热至一定温度，在一定时间内静置，使溶固相再次析出，并进行相变。
这种时效处理能够调节合金的硬度和强度，提高其机械性能。
此外，对于陶瓷材料来说，热处理工艺同样会对其显微组织和相变产生影响。
常见的热处理工艺有烧结和再结晶等。
烧结是指将陶瓷颗粒加热至一定温度，使其表面熔化并熔结在一起，从而形成致密的陶瓷材料。
再结晶则是将陶瓷材料加热至足够高的温度，使其发生晶粒长大和再分布的过程，从而改善材料的晶界和性能。
总之，热处理工艺对不同材料的显微组织和相变产生着重要的影响。
通过合理选择热处理工艺和参数，可以调控材料的显微组织，从而实现对材料性能的优化和调整。
在实际应用中，热处理工艺在材料的制备和加工过程中扮演着重要的角色，为各行各业的发展提供了支撑。
因此，研究和掌握不同材料的热处理工艺，对于材料科学和工程领域的发展具有重要的意义。
锻造TiAl在热处理时晶粒长大的动力学分析唐建成 黄伯云 刘文胜 贺跃辉 王健农(中南工业大学 长沙 410083)摘 要 研究了锻造Ti-48Al-2Cr(at%)在1180℃到1320℃热处理时的组织演变,分析了在不同温度等温热处理时晶粒长大的动力学。
在Ta 以上等温热处理时,晶粒长大迅速,其晶粒长大因子为2.4。
在Ta以下等温热处理时,当热处理时间由10min不断延长到4h时,γ晶粒尺寸变化较小,α晶粒不断长大。
热处理温度越高,α晶粒长大越快,在1180℃,1220℃,1260℃和1300℃热处理时,α晶粒长大因子分别为2.9, 2.8, 2.65和2.5。
关键词 Ti Al 热处理 晶粒长大 动力学中图法分类号:T G146.4 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2000)03-0164-04 Ti Al基合金因具有优良的高温性能和较低的密度,而成为目前研究得最为热门的高温结构材料之一[1]。
其性能与显微组织密切相关[2～4]。
目前常采用等温锻造、热挤压或热轧制,破碎TiAl基合金粗大的铸态组织,然后在不同温度下热处理,以获得不同的显微组织[5～6]。
当在T a以上热处理时,可以获得全层状态组织,此时晶粒长大迅速,保温时间对全层状组织晶团尺寸的影响呈抛物线关系[7]。
当在T a以下热处理时,可以获得双态组织。
此时,由于是在α+γ双相区温度范围内进行热处理,影响变形组织演变过程的因素较多,对其进行动力学分析较复杂。
Grew al[8]和Andersen[9]从理论上分析了双相合金的晶粒长大过程,并提出了双相合金在热处理时晶粒长大的动力学模型,同时分析了Ti-M n和Cr-Mo等双相合金晶粒长大的动力学。
而对TiAl基合金在双相区范围内热处理时的组织演变过程,目前还没有深入的研究,但这方面的研究对调整TiAl基合金双态组织的组织形貌和力学性能具有重要的意义[10]。
针对这些,本工作研究了锻造TiAl在热处理时的组织演变,并利用文献[9]提出的模型,分析了在不同温度等温热处理时晶粒长大的动力学。
热处理对B2相区等温锻造Ti-22Al-25Nb合金组织和性能的影响董志国;李冬;曾卫东;王伟;梁晓波【摘要】研究了B2单相区等温锻造Ti-22Al-25Nb(原子分数)合金经不同固溶加时效热处理工艺处理后,其显微组织的演变和力学性能的变化.研究结果表明,随着固溶温度的升高,Ti-22Al-25Nb合金组织中一次板条状O相变短变粗,体积分数减小,有球化的趋势,在随后的时效过程中会析出更多的次生针状板条O相;拉伸强度也随固溶温度升高而增加,塑性略微提高,断裂主要以沿B2晶粒的解理面解理断裂或准解理断裂为主,呈现许多近似层状的解理小刻面,其微观形貌为微孔状的韧窝.%The microstructure evolution and mechanical properties of isothermally forged Ti-22Al-25Nb(at.%) alloy at B2-phase region during two different heat treatments were investigated.The results indicate that lamellar O phase becomes shorter and coarser, the volume fraction decreases, and tends to be spheroidized with the increasing of solution temperature.And during the subsequent aging process, more secondary O phase is precipitated.The mechanical properties of the Ti-22Al-25Nb alloy show that the tensile strength and ductility increase with the increasing of solution temperature.The fracture mode mainly consistes of cleavage fracture or quasi-cleavage fracture along B2 grain, and the fracture surface presents a lot of approximate layered cleavage surface, whose microstructure is the micro-porous dimples.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2018(035)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】Ti2AlNb基合金;等温锻造;热处理;显微组织;拉伸性能【作者】董志国;李冬;曾卫东;王伟;梁晓波【作者单位】中国航发沈阳发动机研究所,辽宁沈阳 110015;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西西安 710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西西安 710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西西安 710072;钢铁研究总院,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TG146.230 引言Ti2AlNb基合金具有比强度较高、密度较低、断裂韧性好、抗氧化性优异以及热膨胀系数低等特点[1]，是可以在650～800 ℃长时间或更高温度短时间使用的极具潜力的合金体系，在航空航天领域具有广阔的应用前景[2]。
第27卷 第5期2007年10月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o l 127,N o 15 O ctobe r 2007等温锻造对T-i 17粉末合金显微组织的影响赵张龙1, 郭鸿镇1, 汤慧萍2, 刘海彦2, 田 云1, 姚泽坤1(1.西北工业大学材料科学与工程学院,西安710072;2.西北有色金属研究院,西安710076)摘要:采用烧结+等温锻造的方法制备T -i 17粉末合金,对粉末合金制备过程中各工序的密度、显微组织变化规律等进行了试验研究。
试验结果表明:经相同条件烧结后,-140目粉末烧结棒材和-80/+140目粉末烧结棒材分别达到理论密度的98106%和93155%,在-80/+140目粉末烧结棒材显微组织中观察到有大量的残留空隙存在。
采用高低温等温锻造工艺能够有效去除粉末合金烧结后残留的空隙,提高合金的密度,使合金的显微组织得到显著细化和均匀化。
烧结+等温锻造是制备优质粉末钛合金的有效方法。
关键词:T -i 17粉末合金,烧结,等温锻造,热处理,显微组织中图分类号:TF124;TG 316 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2007)05-0022-04收稿日期:2006-10-13;修订日期:2007-01-26作者简介:赵张龙(1981)),男,博士研究生,主要从事钛合金精密成形研究,(E -m a il)zhaozhang l ong000@sohu 1com 。
钛合金由于具有密度低、比强度高、耐蚀性好、耐热性高、无磁、焊接性能好等优良性能,而备受人们关注,但是钛合金的屈强比高,弹性模量低,在加工后易产生各向异性及回弹,这给钛合金的制造带来了一定的困难。
目前制造钛合金零部件主要有三种方法:(1)锻造;(2)铸造;(3)粉末冶金。
用传统锻造方法加工,其材料性能优良,但浪费大,加工量大,成本高,且难获得形状复杂的产品;铸造可获得形状复杂的近净形产品,但存在成分偏析、疏松、缩孔等缺陷[1]。
钛合金的粉末冶金技术是20世纪70年代发展起来的先进钛合金材料制备成形技术,研究证明:与熔锻钛合金材相比,粉末冶金钛合金材可以降低成本20%~50%,而且拉伸性能达到甚至超过熔锻材的水平[2]。
本研究采用氢化脱氢粉末烧结加等温锻造的方法制备T-i 17粉末合金。
观察与分析了制备过程中的显微组织变化规律,探讨钛合金粉末烧结加等温锻造致密化工艺的可行性。
1 试验首先采用氢化脱氢工艺制取T-i 17的预合金粉末,然后将粉末筛分成-140目及-80/+140目两个档次。
对-140目和-80/+140目的粉末采用油冷等静压机进行粉末压实,加压至200MPa ,保压3~5m i n ,制成<50mm 的冷等静压棒。
把经冷等静压处理的粉末棒在真空度为10-4~10-3Pa 的TY -C M-1型坩埚式高温炉中进行烧结,烧结温度为1300e ,时间3h ,炉冷。
把烧结棒材加热至1000e ,保温,在315t 油压机上进行等温锻造开坯,即反复镦拔;回炉加热至875e ,保温,等温锻反复镦拔成<40mm 的棒材后炉冷,然后在SX-10-13型箱式电阻炉中对等温锻棒材进行热处理。
采用排水法测定粉末合金的密度,在OLYMPUS P M-G3型光学金相显微镜上观察粉末烧结、烧结+等温锻及热处理后合金的显微组织,并对等温锻前后的粉末合金进行化学成分分析。
2 试验结果与分析211 烧结后的显微组织分析-80/+140目和-140目粉末经冷等静压和烧结后,合金棒材的密度分别为4135g /c m 3和4156g /c m 3,为理论密度4165g /c m 3的93155%和98106%。
图1为T -i 17粉末烧结后的显微组织,可以看到:-80/+140目粉末经过烧结后(图1a),组织为魏氏组织,晶界清晰,烧结后残留的孔隙较多,多数沿晶界断续或连续分布;-140目粉末冷等静压烧结后(图1b),可以观察到A 相所占比例较大,多数A 相呈粗大片状排列,另外,也有很多细小的A 相与B 相相互交错的排列在一起。
图1b 和图1a 相比,虽然晶粒和相尺寸较粗大,但是残留的孔隙很少,说明在相同的条件下,相对于-80/+140目粗粉颗粒第5期等温锻造对T-i 17粉末合金显微组织的影响来说,-140目细粉颗粒容易被压实,并在烧结过程中形成烧结颈及烧结颈长大的能力较强。
同时由于晶粒长大,晶界越过孔隙移动,导致孔隙大量消失[3]。
图1a ,b图1 -80/+140目(a)和-140目(b)粉末经冷等静压和烧结后的显微组织F ig 11 The m icro structure o f -80/+140mesh (a)and -140m esh (b)po w de r a fter cooli so sta ti c pressi ng and si nte ri ng显微组织的状态与上述粉末烧结后的实测密度是相符合的,表明烧结条件对烧结质量有很大影响。
为了得到良好的密度和组织,需要针对具体的粉末确定合适的冷等静压及烧结工艺参数。
212 等温锻造对合金显微组织的影响两次等温锻造后两种粉末合金的密度都达到了4162g /c m 3,为理论密度的99135%,等温锻造工艺能够有效地致密化粉末合金。
两相钛合金在相变点以上锻造,火次变形量﹥50%,后续锻造加工可以逐渐降低加热温度,由B 相区过渡到两相区,足够的变形量足以破碎心部B 晶粒,获得等轴A +B 转变组织,并可防止网状A 和拉长A 组织的形成[4]。
T -i 17合金属于近B 型钛合金,材料的相变点为895e 左右,在相变点以上(1000e )锻造可以将烧结后的粗大魏氏组织进行破碎细化,在相变点以下(875e )锻造可以进一步使合金组织细化、均匀化。
图2a 是-80/+140目粉末合金在1000e 等温锻后的显微组织,原始B 晶粒在变形过程中发生了破碎扭曲,片状初生A 相趋向于沿变形方向分布,B 晶界已经很不明显。
图2b 是经过875e 二次改锻后的显微组织,因变形再结晶的作用,从中可以观察出此时的转变B 基体上分布着大量细小的球状初生A 相和少量的片状初生A相。
图2 -80/+140目粉末烧结棒材经1000e (a)及1000e +875等温锻(b)后的显微组织F ig 12 T he m icrostruct ure of -80/+140m esh sintering bar after iso t her m a l forg i ngat 1000e (a)and 1000e +875e(b)图3a ,b 是-140目粉末烧结+等温锻造后的显微组织,其变化规律与图2a ,b 基本一致,只是由于在烧结过程中形成的B 晶粒较粗大,所以导致了等温锻以后的显微组织有所不同。
相对于图2a 来说,图3a 中的条状A 相明显细长。
相对于图2b 来说,图3b 经过二次改锻以后,短片状A 相明显较多,球状初生A 相尺寸增大,但是整体上分布还是比较均匀的,需要进一步通过锻造变形予以改善。
从烧结+等温锻造后的密度和显微组织与烧结后的密度和显微组织对比中可以看出,经过等温锻造以后,原始烧结显微组织中残留的空隙基本消失,说明等温锻造可以去除粉末合金烧结后的空隙,B 晶粒和大片状A 相被压扁,沿着金属流动方向被拉长、破碎,大部分片状A 相由于大变形再结晶作用23航 空 材 料 学 报第27卷图3 -140目粉末烧结棒材经1000e (a)及1000e +875e 等温锻后的显微组织F i g 13 T he m icrostruc t ure of –140m esh powder si n teri ng bar afte r isother m a l forg ingat 1000e (a)and 1000e +875e(b)而呈现为球状。
对-140目粉末合金烧结及烧结+等温锻后的试样进行化学成分分析,从表1分析结果可以看出,T-i 17粉末合金在两种状态下所测化学成分相差不大,除氧、氮含量超标外,其余各元素含量均符合技术标准要求。
由于氢化后采用了普通的球磨、破碎方法,所以导致粉末冷等静压、真空烧结后,氧、氮含量很高[5]。
等温锻后氧含量增加甚微,但是氮含量却有所减少,这可能与测量有很大的关系。
有待通过控制制粉过程来降低粉末合金的氧、氮含量,使其达到要求。
表1 -140目粉末烧结及烧结+等温锻后的化学成分/w t %T able 1 T he che m ica l co m pos ition o f –140m esh powder si nter i ng and si nte ri ng +isother m al f o rg i ng /w t %A ll oy A l Sn Z r M o Cr N H O T i S i nter i ng 5.152.041.84.113.980.160.0070.49Ba lS i nte ri ng+Isother m al Fo rg i ng 5.242.061.814.204.090.0820.0040.53Ba lT echnical R equ irem ent4.5-5.51.5-2.51.5-2.53.5-4.53.5-4.5[0.04[0.01250.08-0.13Ba l213 热处理对显微组织的影响对-80/+140目和-140目粉末烧结+等温锻后的试样做热处理分析,热处理方案为:800e ,4h,固溶(AC)+635e ,8h ,时效(AC )。
从图4a 经800e ,4h 固溶空冷后的显微组织中可以看出,A 相比较均匀的分布在基体上,仍存在着长条状的A 相,可能是在两相区变形量偏小,B 晶粒虽被压扁、拉长,但是A 条却未能破断,再结晶程度低。
图4b 是经过635e 、8h 时效处理空冷后的金相组织,晶界变得清晰,少量初生A相呈条状分布。
图4 -80/+140目粉末合金经烧结+等温锻造、800e ,4h ,固溶(AC )(a)+635e ,8h ,时效(A C)(b)后的显微组织F ig 14 T he m icrostruct ure of –80/+140m es h po w der a lloy after si nte ri ng +isother m al f o rg i ng ,800e ,4h so l u ti on(AC)(a)+635e ,8h ,age i ng (AC)(b)24第5期等温锻造对T-i 17粉末合金显微组织的影响 由于-140目粉末冷等静压+烧结后的原始显微组织比-80/+140目的粗大,等温锻造变形再结晶未能充分的破碎、细化晶粒组织,所以导致图5a ,b 的显微组织中长条状A 相较多,等轴性明显不如图4中-80/+140目粉末合金烧结+等温锻造热处理后的显微组织。
