《热加工工艺》2013年5月第42卷第10期 用较贵，一般使用较少 4差示扫描量热法 热分析是近年发展起来的测试钛合金相变点的 方法该方法具有测试速度快，成低及准确度较高的 优点 物质在升温和降温过程中，如果发生了物理或 化学变化有热量的释放和吸收，就会改变原来的 升、降温过程，从而在温度记录曲线上有异常反映， 这称之为热效应钛合金也不例外，当它发生相变 时，都会有热效应发生热分析法就是利用钛合金相 变时的热效应来研究它的相变过程 热分析法测相变的原理为相变热力学．由于连 续冷却过程中，需要有过冷度或者过热度才能发生 相变在其平衡温度上下的相变点内，两相之 间将有自由能差这些自由能在发生相变时．其外观 表现为冷却曲线将在此温度发生转变其热力学自 由能与相变之间的关系见图1在冷却过程中，在 温度，^y相将转变为 ，而此温度下^y相的自由能G 大于仅相的自由能G ，因此，此自由能之差△G一 将会以热量的形式释放出来也即表现在温度上，在 同样冷却条件下，此时的温度将稍微上升也即冷却 曲线上的温度在此处出现拐点【m而且随着冷却的 增大，过冷度也要增大，也即相变潜热将更大因此， 热分析法的拐点将更加明显 避 魍 皿 0 Tl To 温度／℃ 图1各相自由能与温度的关系 Fig．1 The relationship between free energy and temperature 4．1升温速率 用DTA或DSC测定钛合金的 的过程中，试 验速率对相变点影响很大。
对于钛合金来说，它本 身的导热系数较小，当升温速率越大时，样品内部的 温度梯度越大，造成的热滞后效应就越明显得到的 相变点会偏高所以，为减少热滞后效应，尽量使用 较小升温速率【l8】，如5、10、2O℃／min，当热效应不明 显时，可提高升温速率 4．2坩埚 钛合金在高温时会发生氧化反应，并且与A1 O 坩埚材料反应在升温曲线上出现一个吸热峰，会对 相转变点分析造成干扰 4．3测试气氛 钛合金在高温时易与氮气反应[18】，所以实验过 程中应选用惰性保护气氛 4．4相变点的确定方法 相变温度都是在恒温条件下完成，如固一液相 变，它们的热效应明显，峰型较尖锐，易判断但是 对于0【+B及B型钛合金来说，由于参与相变的仅相 较少[19]，所以在热分析曲线上表现的是基线的迁移， 没有明显的峰，所以加大了判断的难度图2为 Ti．62421S合金的热分析曲线，曲线1是试验得到的 曲线，曲线2是通过对曲线1求一阶导数得到，在曲 线2上找到极小值从而得到 孚 重 温度／℃ 毫 ∞ 盆 图2各Ti．62421S合金的热分析曲线 Fig．2 The thermal analysis curves of Ti一6242 1 S alloy 5热膨胀法 热膨胀仪基本原理是在一定温度程序(升／降／ 恒温及其组合)过程中，测量样品长度。
它具有高灵 敏度．通常能检测到微小甚至纳米的热膨胀，有的仪 器能达到几纳米的测量精度 钛合金相变过程实质是晶体结构的改变晶体 结构的变化必然引起密排度的改变，原子密排度的变 化也将引起原子体积的变化，所以在宏观上表现为体 积的膨胀或收缩当合金未发生相变时，体积的膨胀 是随着温度的升高而线性增大，但是当发生仅一B 转变时0【相钛合金中的每个原子所占的体积为 0．0177rim3，B相中每个原子所占体积为0．0175B．tn3， 同样原子数的 相体积大于B相，曲线上表现为体 积的收缩而当相转变完成后，合金体积就不再收 缩所以，对于六方仅相转化为立方B相的过程中 91 Hot Working Technology 2013，Vo1．42，No．10 所产生的微小体积变化可被该仪器检测出来测 试中的影响因素包括：①升温速率一般钡0试钛合金 相变点使用的升温速率为5~C／min先在略 高于室温的温度下恒温一段时间然后再开始测量， 这样可以保证试样能热透②气氛在测试过程中应 通人惰性气氛，如氩气，以防止高温样品氧化影响数 据的准确性③相变点的确定方法对样品的热膨 胀一温度曲线做一阶导数，其极值点作为0L+13／fi转 变点 6电阻法 在不发生相变前提下，金属的电阻率是随着温 度的升高而增大的。
这是因为温度越高，金属中的正 离子热振幅越大．对自由电子的运动阻碍越强所造 成的但是，当钛合金发生0【一p相变时，由于B相 的电阻率要远小于o【相．所以由温度升高而导致的 电阻率增加远没有由相变所产生的降低幅度大，从 而可以通过电阻率一温度曲线来判断相变点 7 X射线衍射法 X射线衍射法是金相降温法的延续，即只对连 续降温过程中不同温度下淬火的金相试样，用D．S 衍射仪逐个进行衍射分析，当Q产相衍射线条开始 分又并出现在相衍射线条时，将试样淬火温度可定 为相变点 8 结语 钛合金的相转变温度的精确测定对于钛合金研 发和生产均有重要意义目前出现了一些新方法新 技术虽然目前还存在一些问题，但配合相变热力 学、动力学和新相形核长大机制甚至计算材料学的 研究，这些方法能获得应用 参考文献： [1] 王悔改，冷文才，李双晓，等．热处理工艺对TC4钛合金组织 和性能的影响[J]．热加工工艺，201l，40(10)：181-183． [2】 刘竞艳，张建国，陈艳霞，等．TC21合金相变点的测定方法比 较及相变过程中的热膨胀行为[J]． 热加工工艺，201l，4O (22)：52—54． [3] 鲍利索娃(苏)．钛合金金相学【M】．北京：国防工业出版社， 1986． [4] Zhou Y G，Zeng W D，Yu H Q．An investigation of a new near-beta forging process for titanium alloys and its application in aviation components[J]．Materials Science and Engineering， 2005，A 393：204-212． 【5] 李晓芹，周义刚，俞汉清，等．钛合金完全相变温度的检测方法 【J]．热加工工艺，1990，(3)：35—38． 【6] 王金友，叶斌，梁佑明，等．HB6623．2—92钛合金B转变温度 测定方法一金相法【M】．北京：航空航天工业部，1989． 【7】 李炯辉，林德成．《金属材料及金相图谱》下册[1 ．北京：机械 工业出版社．2006． 【8] 田飞，曾卫东，马雄，等．物理分析法与金相法测定BT25钛 合金相变点【J]．材料热处理学报，2011，32(5)：1-5． [9】 李玉涛，耿林，徐斌，等．TC11钛合金相变点的测定与分析 【J]．稀有金属，2006，30(2)：232-235． 【1O]王志辉，夏长清，李学雄，等．Ti62421s钛合金(a+13)／13相变温 度的测定与分析【J]．稀有金属，2010，34(5)：663—667 【11】《稀有金属材料加工手册》编写组．稀有金属材料加工手册 【M]．北京：冶金工业出版社，1984． [12】张翥，王群骄，莫畏．钛的金属学和热处理【M】．北京：冶金 工业出版社．2009． 【13]俞汉清，李晓芹，胡鲜红，等．测定钛合金相变点的几种方法 及其比较【J】_航空制造技术，1988，(6)：19-22． [14】韩德伟，张建新．金相试样制备与显示技术【M】．长沙：中南 大学出版社．2005． 【15]姚德仁．高温金相法测定钛合金TA-2，TA一7的相变过程【J】_ 稀有金属材料与工程，1973，(3)：4-7． [16】 四室金相组．TC4钛合金p—d转变的高温金相研究和扩散 系数的推求[J]．上海钢研，1977，(1)：38．44． 【17]徐洲，赵连城．金属固态相变原理【M】．北京：科学出版社， 2004． [18】黄陆军．TC11钛合金等轴化处理及高温变形行为的研究 [D】．黑龙江：哈尔滨工业大学，2007． [19]陈绍楷，田弋纬，常璐，等．钛合金(d+B) 转变温度测定的金 相法与差热分析法对比研究[J]． 稀有金属材料与工程， 2009，38(11)：1916—1919．田 。