双相钛合金马氏体热变形机制和组织超细化机理研究

Martensitic titanium alloys (α+β type) have needle-like microstructure containing defects such as high density dislocations, stacking faults and small twins. These microstructures greatly enhance the dynamic recrystallization behavior during hot deformation, thus the martensitic titanium alloys pocess potential of producing ultrafine-grained (UFG) materials through plastic deformation. Currently, there is seldom research on hot deformation behavior of martensitic titanium alloys and the ralative mechanism is still uncertain. This proposal aims to carry out the basic research on hot deformation of α+β type martensitic titanium alloys. First, processing map technology (based on dynamic material model) and deformation constitutive model are used to realize the precise characterization of hot deformation behavior of martensitic titanium alloys.Then, the hot deformation mechanism of martensitic titanium alloys are clarified through deformation dynamics analysis conbining microstructure evolution and phase transformation. At the same time, the the formation law and conditions of UFG microstructure are revealed through study of how the initial microstructure and hot deformation parameters affect the grain refining behavior.This study provides a new theoretical basis for refining the microstructure through phase tranformation,as well as a new technology prototype of fabricating UFG titanium alloys.

α+β双相钛合金的淬火马氏体具有超细针状结构，且包含有高密度位错、层错及细小孪晶等缺陷，这些微结构可有效地强化热塑性变形时的动态再结晶行为，因此钛合金马氏体具备通过塑性变形制备超细晶材料的潜力。目前有关钛合金马氏体的热变形行为的研究还很少，机理还不清楚。本项目拟开展双相钛合金马氏体热变形的基础研究。首先采用基于动态材料模型的加工图技术和变形本构关系模型实现钛合金马氏体变形行为的精确表征。在此基础上通过形变动力学分析结合微观组织的演化和相变规律，阐明钛合金马氏体的热变形机制。通过深入研究材料的初始显微组织和热处理、热加工参数对晶粒细化行为的影响，揭示超细晶组织的形成规律与形成条件。该项目的研究为通过相变细化晶粒提供了新的理论依据，同时为超细晶钛合金制备提供了一种新的技术原型。

α+β双相钛合金的马氏体具有超细针状结构，且包含有高密度位错、细小孪晶等缺陷，这些微结构可望有效地强化热塑形变形时的动态再结晶行为， 因此钛合金马氏体具备通过塑性变形制备超细晶材料的潜力。本项目开展双相钛合金马氏体热变形的基础研究，采用基于动态材料模型的加工图技术和变形本构关系模型对马氏体钛合金热变形行为进行了表征，通过微观组织与相的演化剖析了钛合金马氏体的热变形机制，揭示了超细晶组织的形成规律与形成条件。取得的如下创新性成果：.1) 采用自行设计的高通量的实验方法阐明了间隙元素氧对钛合金马氏体结构的影响，快速获得了氧含量—马氏体微观组织—性能相关性。.2) 结合动态材料模型，研究了马氏体钛合金在较宽范围内的热变形行为，获得了马氏体钛合金的变形热加工图和稳定变形的变形参数。.3) 阐明了热变形参数对马氏体钛合金热变形微观组织的影响规律，在低温高应变速率（700oC/1s-1）条件下变形得到了超细晶组织（200 nm），斜方马氏体钛合金所产生的细化效果要优于六方马氏体钛合金。.4) 研究了马氏体钛合金在变形过程中的组织演化及相分解规律，结果表明：斜方马氏体钛合金在变形过程中以马氏体片的扭折、多边形化和球化方式进行，发生α″ → α″enriched+α→α+β分解相变，伴随着明显的合金元素的扩散。.5) 鉴于马氏体变形制备细晶钛合金的工艺需要快速加热、快速变形等特点，结合实际应用情况，开发了感应加热+快速轧制及感应加热+快速拉拔的细晶板材和棒材的制备技术，该技术工艺简单、效果明显、成本较低，具有较好的应用前景。. 该项目的研究为通过相变细化晶粒提供了新的理论依据，同时为开发超细晶钛合金提供了一种新的技术原型，具有创新性。通过以上研究，在国内外期刊上发表学术论文9篇，申请和授权发明专利共计2项，培养了研究生4名。参加国内外学术会议并做口头报告3次。