有色金属及合金-2.ppt

Ti-8Fe,900℃固溶+400℃×4 h时效，立方体形ω相，TEM(暗场） Ti-11.5Mo-4.5Sn-6Zr合金，900℃固溶+480℃时效5min，椭球形ω相 1）ω相为钛合金淬火形成的ω相，尺寸小（5—10nm），它的形态、尺寸与稳定性决定于ω/β界面的错配度； 2）ω相是一种硬而脆的相，ω相的出现，强烈提高合金的硬度和弹性模量，降低塑性； 3）为防止ω相的形成， a.应控制淬火时效工艺，避免低温时效;b.加铝、锆、锡等 制，只有残留β相存在。但这种残留β相在机械外力作用下，不稳定的，分解为ω相； ④当合金含量≥C3时，应力不起作用，残留β相稳定，不再分解。 四、β相共析转变及等温转变 1、共析转变 钛与某些β共析元素组成的合金系，在一定的成分范围和温度条件下，发生共析转变： β→α+TixMy 共析转变速度与共析温度（合金元素）有关 ① 温度较高，共析转变容易 如Ti-Si、Ti-Cu、Ti-Au等 ② 温度较低，共析转变不容易，极慢 如Ti-Mn (Fe、Cr），在共析温度（550℃），保温长达三个星期，还没有开始转变。 由于共析转变产物对合金的塑性及韧性十分不利，并降低合金热稳定性，因此这些合金元素受到限制，特别是不宜加入耐热钛合金中。 2、等温转变 高温β相和亚稳定β相都可以等温分解，其分解 动力学可用C曲线表达，如下图所示。等温转变分高温部分和低温部分。 高温区域保温时，β相直接析出α相；随温度下降，分解产物愈细，α相弥散度愈大，合金强度和硬度愈高。 低温区保温时，由于原子扩散比较困难，β相不能直接析出α相，而先形成ω过渡相，随时间增加，ω相转变成α相。 影响β相等温转变动力学C曲线的主要因素：合金成分、固溶温度及应力状态等： 钛合金过冷β相等温转变示意图 1）β稳定化元素含量的增加，C曲线向右下方移动等； 2）α稳定化元素含量增加，加速β相分解，C曲线左移。 合金元素不仅影响C曲线的位置,而且改变C曲线的形状。 3、用 C曲线近似判断连续冷却时合金的组织转变过程 如下图所示，不同的冷却曲线将得到不同的室温组织： 1）水淬（冷却曲线1）可以得到α’+β； 2）油淬（冷却曲线2）得到α’+ω+β； 3）冷却曲线3得到ω+β； 4）冷却曲线4，则得到α+β两相组织。 钛合金连续冷却时的组织转变示意图 五、时效过程中亚稳定相的分解 钛合金淬火形成的α’、α’’、ω和βm的亚稳定相，在热力学上是不稳定的，加热时将要发生分解； 分解过程复杂：不同的亚稳相分解不一样；同一种亚稳相，因成分与时效工艺不同，也不一样。 最终分解产物：α+β或α+TixMy; 在时效分解过程的一定阶段,可以获得弥散的α+β相,使合金产生弥散强化,这就是钛合金淬火强化的基本原理. (1)六方马氏体α’的分解 α’→β+α α’→过渡相→α+TixMy α’→β→β+TixMy （2）斜方马氏体α’’的分解 根据钛合金Ms点高低，α’’相可出现两种不同分解 与铝合金时效分解相似 初期 方式： α’’→β+α α’’→β→β相再分解 3、亚稳定β的分解： βm→α+β（如下图a所示） βm→β+ωa→β+ωa+α→β+α βm→β+β’→β+β’+α→β+α(β’颗粒极小，晶体结构与βm相同）（如下图b 所示） 4、ω分解：ω相是β稳定元素在α-Ti中过饱和固溶体,与α’’相的分解基本相同：α’’→β+α a、Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo合金，815℃固溶+675℃6h时效，从β相析出α（黑点），X250 合金浓度较低的合金在高温时效时的析出情况 Ti-40(at)%Nb合金，900℃固溶+400℃时效24小时，在富集β基体上析出贫乏β’，X31000 合金浓度高或添加抑制ω相形成元素的合金，先形成过渡相，然后再转变成平衡组织 六、钛合金分类 可以根据成分和室温基本组织（退火组织）特点分类： 1、α-Ti合金 显微组织是α相组织:含有α相稳定合金元素(如铝)及一些中性强化元素(Zr、Sn、Hf）； 当加入少量β相稳定元素时，可以得到近α-Ti合金，显微组织上除α相基体外，还有少量β相，如Ti-8Al-1Mo-1V。 2、α+β钛合金 含有较多的α相稳定元素和β相稳定元素，具有α+β相混合组织结构； 这些相的形貌与数量依成分、热加工变形与热处理方式而变； 这类合金强度可以到达很高的水平，如Ti-6Al-4V。 3、β-钛合金和近β-钛合金 （1）这类合金含有大量的β相稳定元素，多数还有Al、Zr、Sn等，在室温，强度可以达到α+β钛合金水平；但工艺性能更好；但高温强度不如α+β； （2