钛合金相变及表征方法

钛合金的相变与表征方法罗明生4月27日一、钛合金的分类钛合金α钛合金工业纯钛TA1、TA2、TA3、TA4近α钛合金α+β钛合金TC4、TC11、TC21β钛合金其他类型高温合金α2合金γ合金2图1：TA1板材650℃/h退火状态：等轴α+少量晶间β图2：TC4800℃退火状态：白色等轴α+灰色晶间β图3：Ti40合金850℃退火组织等轴β组织二、钛合金的相变与组织1、同素异晶转变2、马氏体相变3、热处理典型组织片层组织网篮组织双态组织等轴组织31、同素异晶转变

4α-Ti密排六方β-Ti体心六方纯钛882℃晶格常数a=0.3306nm，b/a=0.87,滑移系：12个晶格常数a=0.29511nm，c=0.468,滑移系：3个2、马氏体相变

5马氏体相变：在快速冷却的过程中，β相转化成α相的过程中来不及进行，β相转变成与母相成分相同、晶体结构不同的过饱和固溶体。图二：马氏体切变形成过程图一：淬火组织与组成关系马氏体特点：1、无扩散型相变，只发生晶格重构2、转变无孕育期，转变速度极快3、转变阻力大，需要较大的过冷度4、晶格与母相有严格的取向关系马氏体类型与形态6两种形态常见的类型：六方马氏体：α’一般是α合金或β稳定元素较少时的α+β合金淬火形成根据惯析面可分为334型和344型斜方马氏体（α’’)晶格结构为斜方结构出现于含有较高β稳定元素的二元合金中相比α’强度更低，塑性更好板条马氏体电镜下成板条状亚结构为位错针状马氏体在合金浓度较高时成针状亚结构为孪晶7片层组织（魏氏组织）

8形成途径在β相区进行热加工或者在β相区退火。主要特征具有粗大等轴的原始β晶粒性能特性断裂韧性高；在较快冷却状态下其蠕变抗力和持久强度较高塑性低，尤其是断面收缩率低于其它类型的层片组织网篮组织

9形成途径在β相区开始变形，但在（α＋β）相区终止变形，原始β晶粒及晶界α破碎，冷却后形成主要特征α丛的尺寸减小，α条变短，且各丛交错排列，犹如编织网篮的形状性能特性塑性及疲劳性能高于魏氏组织断裂韧性低于魏氏组织网篮组织形成途径在α-β区上部温度以一定速度冷却，或在两相区上部温度进行变形形成双态组织主要特征既存在等轴的初生α，又存在片状的α-β性能特性与魏氏组织相反，具有较高的疲劳强度和塑性双态组织

10双态组织等轴组织

11形成途径在α＋β相区热加工时，

α相和β发生了再结晶，获得了完全等轴的α＋β主要特征多角或类似球形的显微组织，个方向具有大致相同的尺寸性能特性塑性、疲劳强度、抗缺口敏感性和热稳定性好断裂韧性、持久疲劳强度和蠕变前度差一些等轴组织总结钛合金性能与组织的关系性能魏氏组织网篮组织双态组织等轴组织拉伸强度高较高较高稍低拉伸塑性低良好优冲击韧性低优好较好疲劳强度低较好好有断裂韧性高较好较好低蠕变抗力高较好较好低12三、钛合金的表征方法1、微观组组织分析：光学电子显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）2、物相类型分析：X射线衍射电子衍射13电镜类型14类型探测介质分辨率穿透能力光学显微镜OpticalMicroscopy可见光~200nm表面/内部(透明物体)扫描电子显微镜ScanningElectronMicroscopy(SEM)电子~1nm表面透射电子显微镜TransmissionElectronMicroscopy(TEM)电子~0.05nm内部聚焦离子束

FocusedIonBeam(FIB)离子~10nm表面扫描隧道显微镜ScanningTunnelingMicroscopy(STM)悬臂梁探针~0.1nm表面原子力显微镜AtomicForceMicroscopy(AFM)悬臂梁探针~0.1nm表面扫描电子显微镜（SEM）151入射电子和原子核碰撞弹性非弹性背散射