【摘 要】
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近年来,随着我国海上防卫政策的改变,对舰船、潜艇等海军装备提出了更高的性能要求,同时也促进了钛合金在海军装备上的应用。TC21钛合金作为一种高强高韧的损伤容限钛合金,已成功应用于航空结构件的制备,针对舰船用钛合金的工况特点,本课题在TC21钛合金的基础上开展了成分优化研究,设计了改性的TC21G钛合金,研究了 TC21G钛合金组织和力学性能之间的关系,为其制造船用材料奠定基础。利用平面应变压缩实验
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近年来,随着我国海上防卫政策的改变,对舰船、潜艇等海军装备提出了更高的性能要求,同时也促进了钛合金在海军装备上的应用。TC21钛合金作为一种高强高韧的损伤容限钛合金,已成功应用于航空结构件的制备,针对舰船用钛合金的工况特点,本课题在TC21钛合金的基础上开展了成分优化研究,设计了改性的TC21G钛合金,研究了 TC21G钛合金组织和力学性能之间的关系,为其制造船用材料奠定基础。利用平面应变压缩实验,研究了 TC21G钛合金在变形温度为870℃～940℃、应变速率为0.1 s-1～1s-1条件下的变形行为,并分析了显微组织的演变过程。同时,研究了加工参数对应变硬化指数n值的影响。研究结果表明:在应变速率一定的条件下,随着变形温度的升高,显微组织中β相的含量增加,使合金的流变应力降低;而在变形温度一定的条件下,随着应变速率的增加,合金的流变应力升高。TC21G钛合金在两相区进行变形时,随着变形温度的升高,应变量的增加以及应变速率的降低,片层α相的球化程度增加;合金在β单相区进行变形时,随应变速率的增加,β再结晶晶粒的数量增加,但其尺寸减小;随应变量的增加,β晶粒的再结晶程度增加。应变硬化指数n值与α相和β相的动态再结晶（DRX）和动态回复（DRV）有密切的关系。本文以TC21G钛合金为研究对象,通过设计不同的固溶时效处理制度,分别研究了固溶温度、时效温度以及冷却速度对α相形貌、尺寸以及含量的影响。研究结果表明:随着固溶温度的升高,等轴α相和片层α相的含量均下降;随着时效温度的升高,β基体上析出的针状次生α相的尺寸增大且含量升高;随着冷却速度的降低,等轴α相和片层α相的尺寸增大,细针状次生α相的含量降低而尺寸增加,同时α晶粒的大角度晶界体积分数升高。研究了热处理参数、组织参数与力学性能之间的关系。研究结果表明:随着固溶温度的升高,片层α相和等轴α相的含量减少,导致合金的强度升高而塑性降低;时效处理会显著提高合金的强度而塑性降低;时效温度升高导致合金强度降低,本研究最适宜的时效温度为590℃;随着固溶后冷却速度的降低,合金的强度降低而塑性提高,本研究采取包覆冷却的方式较为合适;对于合金的冲击韧性,提高合金中交错分布的片层α相含量,有利于提高合金的冲击韧性,且降低固溶处理后的冷却速度或降低固溶处理的温度,有利于提高合金的冲击韧性。合金在910℃/1h/FC+590℃/4h/AC制度下进行热处理,可以得到冲击韧性为53J/cm2的优异性能。
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