亚稳定β钛合金时效析出相变体选择效应及其对力学性能的影响

亚稳定β钛合金时效析出α片的变体选择效应对合金力学性能有强烈影响，为了揭示变体选择效应产生机理及其对合金力学性能的影响机制，本项目将以Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al (TB3)为研究对象，采用常规时效、预先塑性变形后时效和弹性应力时效三类工艺进行时效处理。利用光学显微镜和透射电子显微镜观察各种时效状态下析出α片的形态及分布特征，利用万能试验机对合金的强度和塑性进行测试，研究预变形量及不同类型弹性应力对α片析出行为及合金力学性能的影响。计算β基体中析出各种α片变体产生的应力场与其他应力场之间交互作用能，从而揭示产生α片变体选择效应的机理；建立亚稳定β钛合金时效析出强化过程的强度计算模型，通过模型计算与实验值对比，从理论上揭示变体选择效应对合金力学性能的影响机制。该项研究不仅有助于全面深入地理解β钛合金时效析出规律，理解其时效强化机理，而且可为此类合金强韧化提供新的途径。

对一种典型的亚稳定β钛合金（TB3）时效过程中施加弹性压应力，导致时效析出的α片变体数量在同一个晶粒中由三个减少为一个，即出现析出相的变体选择效应。力学性能测试结果表明：应力时效后的TB3合金比常规时效具有更高的强韧性和抗疲劳性能，这为该类材料的强韧化提供了一种可能的方法。针对经过预变形再时效处理的TB3合金塑性差的问题，提出了一种二次时效工艺，经过该工艺处理的预变形TB3合金与未变形样品相比塑性与强度相当，这为该类合金冷成型产品实际生产中碰到的问题提供了一种可能的解决途径。对另一种时效析出硬质相粒子强化的近α钛合金—Ti-2.5Cu进行了应力时效实验，结果表明，在弹性压应力作用下Ti-2.5Cu同样表现出析出相粒子的变体选择效应，证明了应力时效时弹性应力作用对析出相变体选择效应的普遍存在性。