Ti-30Zr-5Mo合金中形变诱发α’马氏体相变的研究

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Ti-30Zr-5Mo合金是一种新型亚稳β型钛合金,在变形过程中发生形变诱发α’马氏体相变。形变诱发α’马氏体相变很大程度上影响了 Ti-30Zr-5Mo合金的变形行为、加工硬化行为和力学性能。了解各种影响因素对形变诱发α’马氏体相变的影响有益于调控Ti-30Zr-5Mo合金综合性能。所以,本实验探究了应变速率、β相晶粒尺寸和变形温度对形变诱发α’马氏体相变、以及对合金力学性能和加工硬化行为的影响。研究结果表明,Ti-30Zr-5Mo合金经固溶处理后由亚稳β相、微量绝热α’马氏体和绝热ω相构成。在应变速率为Range Ⅰ(3×10-5~3×10-1 s-1)和Range Ⅱ(101~103 s-1)的拉伸变形过程中,Ti-30Zr-5Mo合金均发生形变诱发α’马氏体相变。形变诱发α’马氏体相变使合金的加工硬化能力显著提高,加工硬化率峰值可达8.7 GPa。随着应变速率的增加,形变诱发α’马氏体相变的触发应力提高,但相变量减少,使合金加工硬化能力减弱,合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率出现波动。在3×10-1 s-1拉伸样品变形组织中,绝热ω相消失不见,且在一些α’马氏体板条中发现了{1011}α’内部孪晶。利用形变诱发α’马氏体相变及其逆相变(SIMRT)细化Ti-30Zr-5Mo合金晶粒尺寸效果显著,成功制备出了晶粒尺寸为300,30,15和6 μm的样品。研究结果表明,不同晶粒尺寸的Ti-30Zr-5Mo合金在冷轧过程中均发生形变诱发α’马氏体相变。晶粒尺寸越小,经相同压下量冷轧后,Ti-30Zr-5Mo合金中α’马氏体相含量越少。晶粒尺寸减小至15 μm和6 μm时,合金在冷轧过程中还出现了形变诱发α’马氏体相变的逆相变现象。在拉伸变形过程中,随晶粒尺寸减小,合金的屈服强度、抗拉强度提高,分别由617MPa提高至838 MPa,和由790 MPa提高至988 MPa,延伸率无明显变化,形变诱发α’马氏体相变的触发应力在211 MPa和389 MPa间波动。变形温度为298,173和77K时,Ti-30Zr-5Mo合金在拉伸变形过程中均发生形变诱发α’马氏体相变。随变形温度的降低,Ti-30Zr-5Mo合金中形变诱发α’马氏体相变的触发应力提高,但相变量减少,α’马氏体相变引起的加工硬化能力减弱。与298K和173K相比,变形温度为77K时,拉伸变形组织中α’马氏体板条较粗大,密度较低;距离断口越近,初生α’马氏体板条、次生α’马氏体板条数量增加,且出现宽化趋势。随变形温度的降低,合金的屈服强度、抗拉强度升高,分别从617MPa上升至1145 MPa,和从790 MPa上升至1418 MPa,延伸率则从23.8%下降至9.6%。
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