中低温退火处理工艺下Ti40合金高温蠕变机制的研究(Ⅰ)-蠕变本构关系
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，
５ ０ ５ ０℃温 度范 围内不 同应 力条件下 的蠕变试验 。 ０～ ５
２ 实 验 结 果
２ １ 蠕变性 能及蠕 变曲线 ．
图 １为合金 在不 同温度 、不 同应 力条件 下的蠕变 曲线 ，表 １ 为它们 的相 关性 能参数 。从 图表 中可 以看 出， 随应 力或蠕变 温度 的升高 ，合金抗蠕 变性 能变 差 ， 并且 ，温度起 着更 为重要 的作用 。 对 比不 同温 度下合 金 的蠕 变性 能参数 ， 以看 出， 可 当蠕 变温度 低于 或等于 ５ ０ ℃时（ ２ ０ ＭＰ ２ 以 ５ ａ的应 力
热 稳 定 性 能 的 矛 盾 ，对 合 金 的 进 ‘ 步 高 温 使 用 研 究 提 一
出建 议 。
提供 的） ，合 金蠕变 性 能较好 ，稳态 蠕变 持续 时间均 超
过 １ ０ｈ 也 基本满足 实 际使用 的要求 ；当蠕变温度 升 ５ ， 高到 ５ ５℃时，合金蠕 变性 能急剧 恶化 ，稳 态蠕变持 ３
１ 实 验
试验 材料 来 自西北 有色 金属 研 究 院采用 ５ ０ ｋ ０ ｇ
Ｔ４ （ ｉ ５ －５ ｒ ． ｉ ｏ％） 金 铸锭 制 备 的成 品环 ｉ０Ｔ一 Ｖ １Ｃ 一 ２ ，ｃ 合 ２ ０ Ｓ ／ 材 ， 切割成 １ ｍｘ ２ｍｉｘ ２ 的正方棱 柱 ， 线 ２ｍ １ ｎ １０ｍｍ 经 ６ ０ ℃， ＋空冷 的退火 处理 ， 加工成工 作区 为 ｑ ０ ４ ｈ 精 ５ ５ ｍｍ 的 标准蠕 变 试样 ，在 Ｒ 型 蠕变 试验 机 上进 行 Ｄ。
的 研 究 也 是 极 为 重 要 的 ， 可 以认 为 ，这 种 中低 温 退 火
的热处 理工艺是 适用于 提高热 稳定性 能 的，但 是这种 条件下 的蠕变性 能也具 有重要 的参考价 值 ，研 究该热 处理工 艺下（０ ℃， ＋ Ｃ 合金 的蠕变 性能和 蠕变 ６０ ４ｈ Ａ ） 机 制，有利 于认 识合金热 稳定性 能和蠕变 性 能关 系 ， 找 出平 衡 点， 协调 Ｔ４ ｉ０合金在高温 使用 过程 中蠕 变和
参 数 为 准 ， 应 力 参 数 是 根 据 Ｔ４ 该 ｉ０合 金 实 际 使 用 情 况
作者 已经研 究 了该 合金在 较高温 度（５ ℃１ ５０ 的热
稳 定性 能，指 出沿晶界形 成 的析 出物带 是合金 热稳定 性 能降低 的主要 原因＿ 】 并且提 出调整 目前使用 的热 ２， 处理 工艺 ，通 过 中低温 退火处 理［ ］ ４ ，有效 降低析 出物 对力 学性 能的影 响是一个 可行的 方法 ，推 荐合金 可 以 采用 中低温退火 处理 ， 比如 ６ ０ ℃， ＋空冷 的热处 ０ ４ｈ 理工 艺。众所 周知 ，在 高温 力学性 能方面 ，蠕变性 能
关键 词 ：Ｔ４ ｉ０阻 燃钛 合金 ；蠕 变 ； 本构 方 程
中图 法 分 类号 ：Ｔ ４ ． ３ Ｇ１６ ２
文献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编号 ： ｌ０ —８ Ｘ ２ １）２０ ２ —５ ０ ２１ ５ （０ ００—２４０
Ｔ４ ｉ０合金作 为 阻燃钛 合金 ，高温 和承载 的综合服 役条件要 求其具 有较好 的高温 性能 ，这也 决定 了合 金 的使用寿 命和工 件 的安全 可靠性 。在 已进行 的研究 中
辛 社 伟 ，赵 永 庆 ，吴 欢 ，李
倩 ，杨 海瑛
（ 北 有 色 金属 研 究 院 陕西 西 安 ７ ０ １ ） 西 １ ０ ６
摘 要 ：对 Ｔ４ ｉ０合 金环 材 进 行 ６０℃， ０ ４ｈ退火 处 理 ，并测 试 合 金在 ５０ ５０℃温 度 范 围不 同应 力 下 蠕 变 性 能 。结 果表 ０～５ 明 ，Ｔ４ 合 金 在 ５ ０ ５０ ℃ 的温 度 范 围 的蠕 变 行 为应 该 分 为 两个 区 间 ， 区 间 Ｉ ５ ０ ５ ０ ℃温 度 范 围； 区 间 Ｉ为 ｉ０ ０～５ 为 ０～ ２ Ｉ
续时 间低于 ３ ；蠕 变温度 为 ５ ０℃时试 样在 ７ ． ｈ ０ｈ ５ ２５
后 即 发 生 断 裂 ，６ ０Ｃ时 根 本 没 有 稳 态 蠕 变 阶 段 。 验 ０￣ 试 结 果 说 明 ，当 蠕 变 应 力 为 ２ ０ＭＰ ５ ａ时 ，在 ５ ０ ５ ５℃ ２～ ３
之 间存在 一个 临界蠕变 温度 ，在此温 度 以下合金 可 以 满足 蠕变 设计需 要 ， 当高 于此温度 蠕变性 能急剧恶 化 ， 同时也暗示 合金 在这个 温度 以 卜以下可能 受不 同蠕变
５５ ５０℃温度 范 围 ，在两 个 温度 区 间 内蠕 变本 构方 程 不 周 。分 析 认 为 ，在 低 温 区（０～ ２ ３Ｎ５ ５ ０ ５０℃） 力对 位 错 的滑 移影 响 较 应
大 ，热 激 活控 制 的位错 攀 移控 制 稳态 蠕 变变 形 ；当温 度升 高 时 ，扩 散对 蠕 变变 形 的贡 献 越来 越 大 ，在 高 温 区（３ ～ ５ ５ ５ ５０℃） ， 合金 的蠕变 可 能 受 自扩 散 或合 金 元 素 的扩 散控 制 。
机制 的控 制 。 ２ ２ 蠕 变本 构方 程 ．
根据 图 １和表 １提供 的数据 ，应用 大多数合 金 的
稳态 蠕变速 率 的本 构方程 ：
收稿 日期 ：２ ０ —３２ ０ ９０ ．３ 基金项 目：国家重 点基础 研究 发展计 划（ ９ ３ “ ７ ”计 划） ０ ７ Ｂ １ ８ ７； 国家科技 支撑 计划 项 目 ２ ¨ Ｂ Ｅ ７ ０ ） （ ０ｃ ６３０ ） ２ （０ ７ Ａ ０ Ｂ １ ０ 作 者 简 介 ： 辛 社 伟，男，１７ 年 生，博 士，西 北有 色金 属研 究 院 钛 合 金 研 究 所 ，陕 西 西 安 ７ ０ １，电话 ： ９８ １０６ ｎ ｕ ｘｗ＠ １６ｃ ｒ ｗｐ ＿ ｓ ２． ｎ ｏ
第３ ９卷
２０ ０笠 １
第２ 期 ２月
稀 有 金 属材 料 与工 程
ＲＡ ＲＥ ＥＴ Ｌ Ｍ ＡＴＥＲＩ Ｍ Ａ ＡＬＳＡＮＤ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲ１ Ｇ Ｎ
Ｖｏ ． ， ｏ２ １ ３９ Ｎ ．
Ｆｅ ｕａｙ２０１ ｂｒ ｒ ０
中低 温 火 处 理 工 艺 下 Ｔ４ 退 ｉ０合 金 高温 蠕 变 机 制 的研 究（ ） Ｉ 一蠕 变本构 关系
，
５ ０ ５ ０℃温 度范 围内不 同应 力条件下 的蠕变试验 。 ０～ ５
２ 实 验 结 果
２ １ 蠕变性 能及蠕 变曲线 ．
图 １为合金 在不 同温度 、不 同应 力条件 下的蠕变 曲线 ，表 １ 为它们 的相 关性 能参数 。从 图表 中可 以看 出， 随应 力或蠕变 温度 的升高 ，合金抗蠕 变性 能变 差 ， 并且 ，温度起 着更 为重要 的作用 。 对 比不 同温 度下合 金 的蠕 变性 能参数 ， 以看 出， 可 当蠕 变温度 低于 或等于 ５ ０ ℃时（ ２ ０ ＭＰ ２ 以 ５ ａ的应 力
热 稳 定 性 能 的 矛 盾 ，对 合 金 的 进 ‘ 步 高 温 使 用 研 究 提 一
出建 议 。
提供 的） ，合 金蠕变 性 能较好 ，稳态 蠕变 持续 时间均 超
过 １ ０ｈ 也 基本满足 实 际使用 的要求 ；当蠕变温度 升 ５ ， 高到 ５ ５℃时，合金蠕 变性 能急剧 恶化 ，稳 态蠕变持 ３
１ 实 验
试验 材料 来 自西北 有色 金属 研 究 院采用 ５ ０ ｋ ０ ｇ
Ｔ４ （ ｉ ５ －５ ｒ ． ｉ ｏ％） 金 铸锭 制 备 的成 品环 ｉ０Ｔ一 Ｖ １Ｃ 一 ２ ，ｃ 合 ２ ０ Ｓ ／ 材 ， 切割成 １ ｍｘ ２ｍｉｘ ２ 的正方棱 柱 ， 线 ２ｍ １ ｎ １０ｍｍ 经 ６ ０ ℃， ＋空冷 的退火 处理 ， 加工成工 作区 为 ｑ ０ ４ ｈ 精 ５ ５ ｍｍ 的 标准蠕 变 试样 ，在 Ｒ 型 蠕变 试验 机 上进 行 Ｄ。
的 研 究 也 是 极 为 重 要 的 ， 可 以认 为 ，这 种 中低 温 退 火
的热处 理工艺是 适用于 提高热 稳定性 能 的，但 是这种 条件下 的蠕变性 能也具 有重要 的参考价 值 ，研 究该热 处理工 艺下（０ ℃， ＋ Ｃ 合金 的蠕变 性能和 蠕变 ６０ ４ｈ Ａ ） 机 制，有利 于认 识合金热 稳定性 能和蠕变 性 能关 系 ， 找 出平 衡 点， 协调 Ｔ４ ｉ０合金在高温 使用 过程 中蠕 变和
参 数 为 准 ， 应 力 参 数 是 根 据 Ｔ４ 该 ｉ０合 金 实 际 使 用 情 况
作者 已经研 究 了该 合金在 较高温 度（５ ℃１ ５０ 的热
稳 定性 能，指 出沿晶界形 成 的析 出物带 是合金 热稳定 性 能降低 的主要 原因＿ 】 并且提 出调整 目前使用 的热 ２， 处理 工艺 ，通 过 中低温 退火处 理［ ］ ４ ，有效 降低析 出物 对力 学性 能的影 响是一个 可行的 方法 ，推 荐合金 可 以 采用 中低温退火 处理 ， 比如 ６ ０ ℃， ＋空冷 的热处 ０ ４ｈ 理工 艺。众所 周知 ，在 高温 力学性 能方面 ，蠕变性 能
关键 词 ：Ｔ４ ｉ０阻 燃钛 合金 ；蠕 变 ； 本构 方 程
中图 法 分 类号 ：Ｔ ４ ． ３ Ｇ１６ ２
文献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编号 ： ｌ０ —８ Ｘ ２ １）２０ ２ —５ ０ ２１ ５ （０ ００—２４０
Ｔ４ ｉ０合金作 为 阻燃钛 合金 ，高温 和承载 的综合服 役条件要 求其具 有较好 的高温 性能 ，这也 决定 了合 金 的使用寿 命和工 件 的安全 可靠性 。在 已进行 的研究 中
辛 社 伟 ，赵 永 庆 ，吴 欢 ，李
倩 ，杨 海瑛
（ 北 有 色 金属 研 究 院 陕西 西 安 ７ ０ １ ） 西 １ ０ ６
摘 要 ：对 Ｔ４ ｉ０合 金环 材 进 行 ６０℃， ０ ４ｈ退火 处 理 ，并测 试 合 金在 ５０ ５０℃温 度 范 围不 同应 力 下 蠕 变 性 能 。结 果表 ０～５ 明 ，Ｔ４ 合 金 在 ５ ０ ５０ ℃ 的温 度 范 围 的蠕 变 行 为应 该 分 为 两个 区 间 ， 区 间 Ｉ ５ ０ ５ ０ ℃温 度 范 围； 区 间 Ｉ为 ｉ０ ０～５ 为 ０～ ２ Ｉ
续时 间低于 ３ ；蠕 变温度 为 ５ ０℃时试 样在 ７ ． ｈ ０ｈ ５ ２５
后 即 发 生 断 裂 ，６ ０Ｃ时 根 本 没 有 稳 态 蠕 变 阶 段 。 验 ０￣ 试 结 果 说 明 ，当 蠕 变 应 力 为 ２ ０ＭＰ ５ ａ时 ，在 ５ ０ ５ ５℃ ２～ ３
之 间存在 一个 临界蠕变 温度 ，在此温 度 以下合金 可 以 满足 蠕变 设计需 要 ， 当高 于此温度 蠕变性 能急剧恶 化 ， 同时也暗示 合金 在这个 温度 以 卜以下可能 受不 同蠕变
５５ ５０℃温度 范 围 ，在两 个 温度 区 间 内蠕 变本 构方 程 不 周 。分 析 认 为 ，在 低 温 区（０～ ２ ３Ｎ５ ５ ０ ５０℃） 力对 位 错 的滑 移影 响 较 应
大 ，热 激 活控 制 的位错 攀 移控 制 稳态 蠕 变变 形 ；当温 度升 高 时 ，扩 散对 蠕 变变 形 的贡 献 越来 越 大 ，在 高 温 区（３ ～ ５ ５ ５ ５０℃） ， 合金 的蠕变 可 能 受 自扩 散 或合 金 元 素 的扩 散控 制 。
机制 的控 制 。 ２ ２ 蠕 变本 构方 程 ．
根据 图 １和表 １提供 的数据 ，应用 大多数合 金 的
稳态 蠕变速 率 的本 构方程 ：
收稿 日期 ：２ ０ —３２ ０ ９０ ．３ 基金项 目：国家重 点基础 研究 发展计 划（ ９ ３ “ ７ ”计 划） ０ ７ Ｂ １ ８ ７； 国家科技 支撑 计划 项 目 ２ ¨ Ｂ Ｅ ７ ０ ） （ ０ｃ ６３０ ） ２ （０ ７ Ａ ０ Ｂ １ ０ 作 者 简 介 ： 辛 社 伟，男，１７ 年 生，博 士，西 北有 色金 属研 究 院 钛 合 金 研 究 所 ，陕 西 西 安 ７ ０ １，电话 ： ９８ １０６ ｎ ｕ ｘｗ＠ １６ｃ ｒ ｗｐ ＿ ｓ ２． ｎ ｏ
第３ ９卷
２０ ０笠 １
第２ 期 ２月
稀 有 金 属材 料 与工 程
ＲＡ ＲＥ ＥＴ Ｌ Ｍ ＡＴＥＲＩ Ｍ Ａ ＡＬＳＡＮＤ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲ１ Ｇ Ｎ
Ｖｏ ． ， ｏ２ １ ３９ Ｎ ．
Ｆｅ ｕａｙ２０１ ｂｒ ｒ ０
中低 温 火 处 理 工 艺 下 Ｔ４ 退 ｉ０合 金 高温 蠕 变 机 制 的研 究（ ） Ｉ 一蠕 变本构 关系
