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TC18钛合金形变热处理工艺研究

杨青川  
【摘要】:形变热处理工艺是钛合金材料加工的重要工艺方法之一,通过形变热处理工艺可以对钛合金的组织性能产生很大的影响,尤其对α-β双相钛合金的影响效果尤为显著,因此对TC18钛合金进行形变热处理工艺的研究具有重要意义。本论文在前人研究的基础上,结合攀钢集团江油长城特殊钢有限公司钛业分公司(以下简称“攀长特”)的实际生产状况,研究了形变热处理工艺对TC18钛合金变形行为和微观组织的影响,以期为“攀长特”钛合金棒材产品的锻造工艺的制定提供理论依据,并用于指导实际生产。本文通过Gleeble热模拟实验,获得了TC18钛合金热压缩变形的真应力-真应变曲线,探讨了变形温度和应变速率等热变形参数对合金流动应力的影响,建立了峰值应力与变形温度和对数应变速率的关系图,探讨了峰值应力与变形温度和应变速率的关系,得出了以下两点结论:1、热变形过程中流动应力的软化机制有动态回复和动态再结晶两种。动态回复可以在各个变形条件下发生,而动态再结晶只有在较高的温度和低应变速率(875℃,ε≤0.1s-1)和(850℃C,ε=0.01s-1)条件下才可以发生。2、当变形速率一定时,峰值应力随变形温度的升高而降低,且在p相区比在α+p相区降低的更快。当变形温度一定时,峰值应力随应变速率的增加而增大,且变形温度越低,峰值应力对应变速率的变化越敏感。对变形后的试样进行后续热处理,并采用金相显微镜观测其微观组织,分析了各变形参数对合金微观组织的影响,得出以下结论:在875℃,ε≤0.1 s-1变形时,动态再结晶较充分,热处理后形成细小均匀的组织;当ε=1 s-1,动态再结晶率较低,热处理后沿晶界析出片状α相,导致组织粗大。在850℃变形时,再结晶非常困难,随应变速率的增加,导致位错等亚结构的密度不断增大,在随后的热处理过程中大量形核并生长成细小的双态组织。在820℃变形时,微观组织对应变速率的变化不敏感,均能得到细小均匀的微观组织。为了更好的模拟实际锻造过程,在Gleeble热模拟仪上进行两阶段不同温度下的双道次热压缩工艺,道次间保温30 min。采用金相显微镜和SEM电镜观测其微观组织,分析了双道次变形对微观组织的影响。发现增大变形量或降低变形温度,会导致α相的形变亚结构的密度增大,热处理时β相沿亚结构边界生长细化了a相,得到细小均匀的微观组织。对变形态合金进行双重退火+时效处理:(830℃×2h,FC)+(750℃×2h,FC) +(570℃×4h,WC),并采用金相显微镜对每阶段保温后的微观组织进行观测,研究发现,过饱和的β固溶体在热处理过程中会析出α相,随析出温度的降低,α相的尺寸逐渐减小,形貌特征从块状或片状向短棒状和针状发展。在采用SEM电镜对热处理后的微观组织进行检测的过程中,发现初始α相内分布着某种微小颗粒,并对其进行了分析讨论,得出其可能是Ti3Al相的结论。


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