《钛合金应力诱导马氏体相变影响因素及力学性能研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钛合金应力诱导马氏体相变影响因素及力学性能研究（126页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 学校代号 10532 学 号 B0913T0004 分 类 号 TG1 密 级 公 开 博士学位论文 钛合金钛合金应力诱导马氏体相变应力诱导马氏体相变影响因素影响因素及力学性能研究及力学性能研究 学位申请人姓名 李聪 培 养 单 位 材料科学与工程学院 导师姓名及职称 陈江华 教授 学 科 专 业 材料科学与工程 研 究 方 向 金属材料的结构、性能与工艺 论文 提交日 期 2013 年 4 月 7 日 学校代号：10532 学号：B0913T0004 密级：公 开 湖南大学博士学位论文湖南大学博士学位论文 钛合金钛合金应力诱导马氏体相变应力诱导马氏体相变影响影响因素因素及力学性能及力学性能
2、研究研究 学位申请人姓名： 李聪 导师姓名及职称： 陈江华 教授 培养单位： 材料科学与工程学院 专业名称： 材料科学与工程 论文 提交日 期： 2013 年 4 月 7 日 论文 答辩日 期： 2013 年 6 月 5 日 答辩委员会主席： 王玲玲 教授 Tailoring the mechanical properties of titanium alloys via stress-induced martensitic transformation by LI Cong M.S. (Hunan University)2009 A dissertation submitted in par
3、tial satisfaction of the requirements for the degree of Doctor of engineering in Materials Science and Engineering in the Graduate School of Hunan University Supervisor Professor CHEN Jianghua April, 2013 I 湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任
4、何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打） 作者签名：
5、 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 博士学位论文 II 摘 要 钛及钛合金是继钢铁、铝合金之后又一种重要的结构金属材料。钛合金以其优异性能，广泛应用于航空航天、航海、石油化工、冶金、机械、能源、冶金及医疗卫生等领域。钛合金中相变和组织的多样化决定了其力学性能能在宽广范围内变化。如何通过组织最佳化获得综合性能良好的合金一直是研究工作者追求的目标。有研究表明应力诱导马氏体相变在提高材料强度的同时，塑性也能保持在一个较高的水平，其综合力学性能十分优异，应用前景十分广阔。 本文以一种商业钛合金 Ti-10V-2Fe-3Al 为初始研究对象，通过对其进行一系列的热处理和力学性能测试，运
6、用 X 射线衍射、金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、电子探针显微分析等先进表征技术，结合热力学理论计算软件Thermo-calc，对合金中的应力诱导马氏体相变等一系列相变进行了研究，并以此为理论基础，对合金的成分进行了调制，并对其进行系统的表征和研究。得到以下主要结论： (1) Ti-10V-2Fe-3Al 合金双态组织样品具有较高的塑性， 经过(+)相区固溶处理后，针状 的消失导致合金塑性下降。相较于单一 相区固溶处理样品，经过 +(+)相区固溶处理后的样品塑性有所增加。球状 相的含量对应力诱导马氏体相变的临界诱发应力有较大影响，对普通样品的屈服强度影响不大，而在+(+)相区固溶处
7、理后析出的针状 相对临界诱发应力影响较小，对普通样品屈服强度影响较大。变形后 相中一直有1011孪晶，而 相则随着稳定性的增加，变形机制由应力诱导马氏体相变逐渐变为112孪晶。对于Ti-10V-2Fe-3Al 合金来说，单级时效与双级时效所得的显微组织相似，都是由以相促进形核而生长的细小 相组成，时效时间虽然很短，但 相含量较高。它们的力学性能也相似。 (2) 在 Ti-10V-2Fe-3Al合金中， 当 相的含量超过一定临界值时(约为 50%)，应力诱导马氏体相变都将趋于消失。 应力诱导马氏体相变行为主要受两个因素的影响： 相尺寸和 相稳定性。对于含球状 相的样品，由于其 相区域尺寸变化很小
8、，因此其马氏体相变临界诱发应力主要受 相稳定性影响，随着 相含量的上升应力值也上升。对于含针状 相样品，其相变临界诱发应力同时受两个因素的影响，使得应力值随 相含量的上升变化不明显。应力诱导马氏体相变临界诱发应力值的大小可用一个线性叠加公式来进行计算： 00, eqSIMeqsisteqeqMoModdMoMo 且应力诱导马氏体相变临界诱发应力值随 相区域尺寸的增加而增加。 钛合金应力诱导马氏体相变影响因素及力学性能研究 III (3) 从 Ti-10V-2Fe-3Al 合金中得出的应力诱导马氏体相变临界诱发应力计算 公 式 在 一 定 条 件 下 的Ti-10V-1Fe-3Al 合 金 中
9、仍 然 适 用 ， 但 是 对 于Ti-10V-2Cr-3Al 合金， 计算应力值与实验应力值有一定的差距。 在 Ti-10V-2Cr-3Al合金中，由于 Cr 元素扩散速度较慢，在 相析出过程中容易在 相界面偏聚集，形成了马氏体无析出带，同时使得远离 相界面的 相容易产生淬火马氏体，对应力诱导马氏体相变产生了阻碍作用。当 相钼当量低于 9 时，合金会析出大量淬火马氏体；当钼当量在 9 与 16 之间时，能产生应力诱导马氏体相变；当钼当量高于 16 时，应力诱导马氏体相变消失。 (4) Ti-10V-2Cr-3Al 合金与 Ti-10V-1Fe-3Al 合金经过 相区固溶处理后形成的淬火马氏体
10、为六方 相，不同应变速率压缩变形后(10-4s-1 type twin. With increase the phase volume fraction (both globular and acicular), the deformation mechanism of phase varies from stress induced martensitic transformation to 112 type twins. After single aging or dual aging treatments, alloys exhibit almost identical 钛合金应力诱导马
11、氏体相变影响因素及力学性能研究 V microstructures and thus similar mechanical properties, and age hardening is quite effective. The main deformation mode is slip. (2) In Ti-10V-2Fe-3Al, no SIM was observed for specimens with the volume fraction higher than a critical value (50%). The triggering stress of SIM in thi
12、s alloy is mainly independently affected by these two factors: the grain (or domain) size and the stability (Moeq) of the phase. For globular samples, the matrix stability has a dominating effect on the triggering stress, but in samples containing acicular , the size of the retained domains is also
13、important. These two factors compete with each other, and eventually decide the triggering stress. A linear super-position of the two effects was found to describe the data very well in the formula below: 00, eqSIMeqsisteqeqMoModdMoMoAn increase in the grain size linearly increases the triggering st
14、ress for SIM. (3) The proposed relation between the occurrence of SIM formation upon room temperature compression of metastable titanium alloys derived for Ti-10V-2Fe-3Al was found to apply also to the Ti-10V-1Fe-3Al, albeit that the actual triggering stress was affected by the presence of thermal m
15、artensite already present prior to the compression experiment. The formation of a martensite free zone around the phase in the Ti-10V-2Cr-3Al due to a very limited diffusion distance for Cr atoms upon formation during intercritical annealing, prevented the wider validation of the proposed relation between the
