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显微组织和间隙元素对近α钛合金低温塑韧性的影响

范承亮  
【摘要】: α钛合金在低温下具有比强度高、导热率低、热膨胀系数小、介质相容性好、抗氢脆等特点。这些性能特点使得α钛合金能很好的满足液体燃料储箱和低温管道的使用要求。研究的两种近α钛合金CT20和CT20A是西北有色金属研究院为航天应用的低温构件而设计的。开展显微组织以及间隙元素含量对近α钛合金低温性能影响的研究,对促进我国自创的低温钛合金系列材料在低温工程中的推广和应用具有重要意义。 为了研究显微组织和间隙元素含量变化对两种合金低温塑韧性的影响,研究中主要作了如下工作:对CT20合金管材进行了六种温度的退火处理,测试了不同组织试样的室温和20K拉伸性能,对拉伸试样取样进行SEM和TEM分析;制备出了CT20A合金三种氧当量实验样品,测试了相应试样的室温和20K拉伸性能以及室温和77K冲击性能,并取样进行SEM和TEM分析;在以上工作的基础上,对近α钛合金的低温塑韧性机理进行了探讨。 研究表明: CT20合金冷轧态管材通过热处理可以获得三种典型的组织类型,即等轴组织(T1、T2和T3制度)、双态组织(T4和T5制度)和片状组织(T6制度);显微组织对CT20合金的室温性能影响不大,而对20K下性能的影响则较明显。20K下各组织强度显著升高,比室温时高约一倍,延伸率则明显下降,片状组织的延伸率最好。CT20合金室温拉伸断口以塑性韧窝为主要特征,20K拉伸时断口上出现了一些孔洞和解理台阶,表现出一定的低温脆断特征。CT20合金20K拉伸变形时,等轴组织主要是位错的滑移起主导作用,双态组织除了位错滑移外还有少量的变形孪晶产生,片状组织中则能观察到数量较多的孪晶。与组织中变形孪晶增多相对应,合金20K的塑性增加。 西安建筑科技大学硕士学位论文 间隙元素含量变化(氧当量变化为0.15%一0.23%)对CT20A合金的显微组 织没有明显的影响,但却强烈影响合金在低温下的性能。随间隙元素含量增加合 金强度升高而塑性降低,低间隙元素含量的合金在低温下有较好的塑韧性。氧当 量为0.15%的CTZoA合金试样拉伸断口显示为大量韧窝,合金塑性较好;氧当量 为0.23%的试样断口上韧窝大小不均,出现局部的准解理特征,合金塑性较差。 随氧当量的增加,合金的冲击韧性下降,77K下尤为显著。CT20A合金低氧当量 拉伸试样的TEM组织中有相当数量的{11几}型孪晶存在,孪晶在形貌上表现为 穿过几个片的细条。高氧当量试样中没有观察到变形孪晶的存在。 近以钦合金的室温变形主要由位错滑移控制,20K下的变形则由位错滑移和 孪生变形共同控制。在本文研究的CT20合金低温下变形的组织中观察到了三种 类型的孪晶,即{一l丁l}、{20了2}和{一l玄2}型孪晶;eTZoA合金中目前只观察 到了{11丁2}型孪晶。不同类型的形变孪晶对近a钦合金低温下变形的作用分为直 接作用和间接作用两方面。直接作用主要是主要表现在:孪生变形自身能产生一 定的应变,对增加塑性有一定贡献,但这种作用对合金塑性贡献较小,当孪生变 形能够普遍发生时其作用也是不容忽视的;孪生变形对合金低温变形的贡献主要 表现在其间接作用方面,即:①调整晶粒取向,缓解应力集中,延缓裂纹的萌 生;②促进应变滑移,改变变形局部化倾向,使变形变得较均匀。


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