Page 27 - 理化检验-物理分册2020年第二期
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马红征, 等: 型钛合金相变温度的新型金相测试方法
β
成分不均匀会直接导致组织不均匀, 如产生 斑或 转变终了温 度.一 般 来 说, 稳 定 元 素 含 量 越 高,
β β
大块的 富 α 区, 使 得 材 料 性 能 达 不 到 要 求, 甚 至 相变过程 中 晶 格 改 变 的 阻 力 越 大, 转 变 的 过 冷 度
报废. 越大, Ms 及 Mf 点 越 低, Ms 点 降 至 室 温 时 的 稳
β
型钛合金的相变温度对合金成分很敏感, 是 ).当合金中 稳
β 定元素的浓度称为临界浓度( C k β
检查 β 型钛合金 材料偏析的重要参数.某 专项用 定元素的浓度低于 临 界 浓 度, 相 快 速 冷 却 时 ( 水
β
TC18 产品棒材内控技术协议中要求“ 同一批次两 冷或油冷) 转变为马氏体, 缓慢冷却时( 炉冷) 析出
根棒材的相变温度的差值不能超过8℃ ”, 通过检测 相.当合金中 稳定元素的浓度大于临界浓
α+ β β
其不同 部 位 的 相 变 温 度 可 以 检 验 合 金 成 分 的 均 度, 且冷却速度不够快时, 相则转变为 ω 相; 快速
β
匀性. 冷却时转变为亚稳 相; 缓慢炉冷时 相也会析出
β β
常用的 钛 合 金 相 变 温 度 测 定 方 法 有 计 算 法、 组织 [ 5 ] .
α相从而形成 α+ β
热膨胀法、 电阻法、 热分 析法、 X 射线衍射法、 连续 1.2 β 相缓慢冷却过程中的 α 相变
升温金相法等.其中连续升温金相法通过在试样 α相的析出过程是一个形核、 长大的过程, 形核
相变点附 近 不 同 温 度 淬 火, 观 察 组 织 中 初 生 α 相 位置、 晶核数量、 长大速率与合金成分及冷却条件有
的变化来确 定 相 变 点 温 度 [ 4 ] . 该 方 法 具 有 直 观、 关.当冷却速率很慢时, 由于产生的过冷度很小, 晶
两 相 钛
可靠的突出优点, 广泛应用于近 α和 α+ β 核只能在晶界上形成并生长为板条状 α .晶界上的
合金的生产, 但在 β 型钛合金的应用中还存在试验 晶核也会向晶内生长, 形成位向相同、 相互平行的长
室之间测试值有歧义的问题.笔者结合 β 型钛合 条状组织, 一般称为平直 α 组织.当冷却速率不够
金相变理论, 研究了近 及亚稳 型钛合金相变温 慢, 则在晶粒内部也可以形核, 晶核长成独自的 α片
β β
度的金相测试方法. 丛. α片丛的大小受诸多因素影响, 加热温度越高、
保温时间越长、 稳定元素含量越多、 相变温度越
1 β 型钛合金相变原理 β β
低、 冷却速率越慢以及在 β 相区的变形加工量越小,
1.1 β 型钛合金基本相变和平衡相图 形成的 α片丛越大 [ 5 ] .
型钛合 金 的 组 织 变 化 可 以 通 过 同 晶 型 钛
β β 1.3 加热过程中亚稳 β 相的分解
合金二元相图来进行说明, 见图 1 , 图中横坐标为 亚稳 相的分解过程是很复杂的.在加热温度
β β
稳定元素含量即钼当量. 稳定元素的含量增加, 较低时, 合金元素发生偏聚, 相分离为溶质原子贫
β β
则 α / 转变 温 度 降 低, 当 钼 超 过 一 定 量 后, 相 可 化区和溶质原子富集区.进一步提高温度或延长时
β
β
以保留到室温; 含 β 稳定元素的合金自 β 相区缓慢 效时间, 视 β 相化学成分的不同, 从 β 贫化区析出 ω
冷却时, α相 将 从 相 中 析 出, 其 成 分 随 温 度 下 降
β 或 α , 然后分解为平衡的 α 相和 相, 即: 亚 → β 富 +
β β
曲线变
β , .在分解反应中,
沿图 1 中 AC α 曲线变化, 相成分则沿 AC β
β β
β 贫 ( ′ ), 贫 →α→α+ β β 富 →α+ β
化; 当快速冷却时, 原始 相成分不发生变化, 晶体
β β 富 和 ′ 具有相同的晶格, 粒子极小且均匀弥散, ′ 分
β
β
解产生的 α 相也细小弥散.当 β 相从高温冷却, 在
结构变 化 为 密 排 斜 方 晶 格, 生 成 马 氏 体 α′ . 图 1
中 Ms 和 Mf 分别为马氏体相变开始温度和马氏体 冷却速率不是很慢时也会发生上述反应, 析出弥散
型钛合
的质点, 但反应不能充分进行.对于 α+ β
金, 如 TC18 , 当合金中 β 相含量( 体积分数, 下同) 为
30%~50% 时, 其淬火后得到亚稳 β 相和亚稳 β 相
分解产生的少量弥散 α相. 型钛合金中的亚稳型
β
钛合金和近 型钛合金在单相区固溶, 水冷后可将
β
高温 相保留至室温, 得到亚稳 相, 经时效处理后
β β
可析出弥散分布的 α和 相 [ 5 ] .
β
2 试验方法
图 1 同晶型 β 钛合金的二元相图 型钛合金交 货 时 的 组 织 为 单 相 等 轴 , 无 初
β β
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生 α , 因此金相法测试相变温度需要对试样进行预
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