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
               Fi g 敭1 Binar yp hasedia g ramofisomor p hous β Gtitaniumallo y
                                                               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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