轧制退火对TC21钛合金微观组织和力学性能的影响

摘要

钛及钛合金具有优异的综合力学性能，广泛应用于航空航天等高科技领域。钛合金的力学性能与微观组织密切相关，因此调控微观组织是优化钛合金力学性能的重要方法。热处理对钛合金微观组织的调控和力学性能的改善具有十分重要的影响。本文以TC21双相钛合金为研究对象，首先通过热处理获得相含量不同的等轴组织的样品，然后对其进行热轧和退火。结合金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）等技术，对轧制退火过程中的晶粒形貌、相含量、晶体学取向等组织参数进行了详细表征，从而对初始组织和退火工艺对 TC21 钛合金微观组织和力学性能的影响进行了深入研究。主要结论如下：　　① TC21钛合金在轧制后的退火过程中，β相比α相更易发生静态再结晶（SRX），且SRX机制不同，因此两相之间具有不同的晶粒形貌演变规律。α晶粒在退火初期依旧以拉长状形貌存在，随退火时间增加，逐渐发生SRX和球化行为实现等轴化。β晶粒在退火初期便为等轴形貌，随退火时间增加，晶粒逐渐长大。　　② α相和β相之间的织构演变规律不同。α相在退火初期具有（0001）基面织构，随退火时间增加，在再结晶择优形核和择优生长的共同作用下逐渐转变为横向分裂织构。β相在退火后由于择优生长的作用始终为{001}<110>织构。　　③ 初始 α 相含量增多时，轧制后 α 相内的形变储存能更高，促进了 α 相的SRX。初始组织对α相织构演变的影响较小。在α相含量增加的同时，β晶粒尺寸减小，晶界数量增多，也促进了β相的SRX。初始组织对β相微观组织演变的影响显著，β相的晶粒尺寸随退火时间增加明显增大，织构逐渐分散。　　④ 退火温度对力学性能的影响较大，升高退火温度，屈服强度和抗拉强度增加，延伸率降低。退火时间对力学性能的影响较小，延长退火时间，屈服强度和抗拉强度降低，延伸率增加。力学性能各向异性不明显，轧向（RD）比横向（TD）上的屈服强度和抗拉强度更低，延伸率更高。

目录

1 绪论

1.1 引言

1.2 钛合金概况

1.2.1 钛合金的相结构

1.2.2 钛合金的分类

1.2.3 钛合金的微观组织及性能

1.3.1 热处理工艺

1.3.2 热轧工艺

1.4.1 片层组织的球化行为

1.4.2 再结晶行为

1.5 论文研究目的、意义及主要内容

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 微观组织演变研究实验方案

① 轧制前样品制备

② 热轧

③ 再结晶退火

2.3 性能测试实验方案

① 轧制前样品制备

② 热轧

③ 再结晶退火

④ 室温单轴拉伸

2.4 材料表征方法

① 金相观察（OM）实验

② 扫描（SEM）及电子背散射衍射（EBSD）实验

③ 透射观察（TEM）实验

2.5 本章小结

3 退火时间对微观组织的影响

3.1.1 轧制前的微观组织

3.1.2 轧制后的组织形貌

3.2.1 退火时间对晶粒形貌的影响

3.2.2 晶粒形貌演变机制

3.3.1 退火时间对织构的影响

3.3.2 α相和β相的织构演变机制

3.4 本章小结

4 初始组织对退火组织的影响

4.1 初始及轧制组织

4.2 初始组织对退火组织形貌的影响

4.3 初始组织对SRX行为的影响

4.4 初始组织对退火组织织构的影响

4.5 本章小结

5 退火处理对力学性能的影响

5.1 退火前的微观组织及力学性能

5.2 退火温度对力学性能的影响

5.3 退火时间对力学性能的影响

5.4 力学性能各向异性

5.5 本章小结

6 结论

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士期间发表的论文目录

B.学术论文数据集

致谢