氢对α＋β钛合金固态相变的影响

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1、第33卷第5期‘稀有金属2009年10月V0L33No．5CHINESEJOURNALOFRAREMETALSOcL20o9氢对0c+13钛合金固态相变的影响孙中刚，王耀奇，李晓华，侯红亮，周文龙(1．大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁大连116023；2．北京航空制造工程研究所，北京100024)摘要：研究了氢对TC4钛合金高温淬火过程的亚稳相转变以及其微观组织的演变的影响。试验结果表明，随着氢含量的增加，氢首先促进了TC4钛合金中斜方马氏体Ot”的生成，d体积分数降低。在0～0．45％(质量分数)之间，形成

2、了d和OL”共存的独特组织，并在0．45％时Ct”马氏体体积分数达到最大；继续增加氢含量，氢开始抑制马氏体，促进更稳定的体心B的生成。亚稳相分解试验表明，氢降低了马氏体分解转变温度，随着时效温度的升高和氢含量增加，显微硬度降低。同时，与分解相反，经过时效后，B相取代13~首先在马氏体”内析出，细化了晶粒。关键词：钛合金；TCA；相变；组织doi：10．3969／j．issn．0258—7076．2009．05．010中图分类号：TG146．23文献标识码：A文章编号：0258—7076(2009)05—0657—

3、05钛合金具有熔点高、比重小、比强度高、耐热1买验性好、塑性好、耐蚀性好等优点¨J。因此，自1795年钛被发现以后，已Et渐成为一种重要的结实验材料为轧制TC4钛合金棒材，化学成分构材料。钛合金按其退火组织可分为仅型钛合金、如表1。试样尺寸为①8mmX3mm，经表面处理p型钛合金和仅+p型钛合金，其中后两类钛合金后置人自制的管式氢处理炉，保持炉内真空5×均可以通过热处理(淬火+时效)提高其强度，而10Pa以上，加热至750oC后，充人高纯氢气，保热处理强化的理论基础是钛合金的马氏体相变J。温2h后空冷。氢含量通过

4、称量置氢前后材料的重氢处理技术是近年来改善钛合金性能的一种新方量获得。天平为Sartorius高精度物理天平，精密天法。它是利用氢作为临时合金元素，通过不同的处平感量1X10～g。置氢后利用金相法测定了氢理工艺来改变合金的相成分和组织结构，从而改TC4钛合金相变点的影响，并根据相变点的变化研善合金各种加工性能-S；。TC4钛合金作为应用最究了合金亚稳相变特点。实验将置氢后的试样装为广泛的钛合金，在氢处理技术上也引起了广泛入石英管中抽高真空并封装。电阻炉中加热至设的关注和研究。这些研究主要集中在提高加工性定温度中，

5、保温30min后淬火，淬火时入水瞬间能和细晶强化上引。文献表明，氢处理可以提高将石英管挤碎，淬火延迟时间小于3S。高温下，氢TCA钛合金的超塑性，降低超塑变形温度。13％～的平衡分压很小，极少量的氢溢出就足以使管内16％(质量分数)的氢可以降低30％的流变应力或者的氢压达到平衡。因此可以认为淬火后氢没有逸降低变形温度80℃_8'12]。Kerr等利用氢的合金化以出。淬火后，通过称重和真空退火测定处理过程中及马氏体转变细化了晶粒，提高了合金的力学性表1TC4合金原始材料化学成分能。尽管利用氢处理技术改善了TC4钛合

6、金加Table1ChemicalcompositionoftheTCA~loy(％．mass工性能，但是关于氢致钛合金相成分，相变以及亚fraction)稳相变的研究很少。因此本文研究了置氢后合金的相演变，这不仅有利于研究和制定钛合金氢处理化工艺，也是研究和改善氢处理工艺的理论基础。收稿日期：2008—11—10；修订日期：2008—12—04基金项目：教育部科学技术重点项目资助(106055)作者简介：孙中刚(1981一)，男，山东枣庄人，博士研究生}通讯联系人(E—mail：hou—hi@163．com)65

7、8稀有金属33卷一—．氢的逸出小于原始氢含量的0．5％步验证了Ti-Tc4H双坐，进据金相组织获得的B稳定化元素标前面的预测。亚稳相图。从图可以看出置氢后TC4钛合金的亚稳700℃一0淬火后，试样分别加热至500，，保温相图分为3个阶段，第个阶段以．45％为分界点，3060120300”min和10h进．45，，，行时效分解，最后小于0时随着氢的增加斜方马氏体d出现并增水淬’”。研究马氏体以及亚稳相的分解转变。利用加至最大并形成仅和旺两相混合组织；第二阶段为”FM．700测一0定了材料的显微硬度。用0LYMPUS

8、0．45％．6％H仅马氏体尺寸和体积分数都开始，BX41M金相显微镜观察不同时效时间和温度下的减小；大于0．6％H时合金趋于稳定，稳定化作用达TC4钛合金的组织演变；利用H．800透极限不再变化开始出现氢化物4射电镜分析。图为淬火后试样观察了氢处理后Tc4钛合金的微观形貌。的显微硬度随氢含量的增加的变化规律。随着氢含量的增加，马氏体体积分数和p。的增加而降低。这2结果与讨