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TC4鈦合金形成和變化規(guī)律

TC4鈦合金的固態(tài)組織在不同條件下的形成和變化規(guī)律。由于純鈦具有兩種同素異晶體，因此其固態(tài)相變類型繁多，性質(zhì)復(fù)雜，遠(yuǎn)超過銅、鋁、鎳等其他有色金屬。概括起來，TC4鈦合金的固態(tài)相變可歸納為3大類：在一般連續(xù)加熱和冷卻條件下進(jìn)行的同素異晶轉(zhuǎn)變；在淬火過程中發(fā)生的非擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變，即馬氏體α’、α“和ωa相的形成；各種亞穩(wěn)相的分解，即亞穩(wěn)β相、過飽和的α相和馬氏體在等溫或時(shí)效處理中的沉淀過程

TC4鈦合金淬火轉(zhuǎn)變包括切變型馬氏體轉(zhuǎn)變和位移控制型轉(zhuǎn)變兩個(gè)方面，其形成條件與合金中β穩(wěn)定化元素含量有直接關(guān)系。圖2為TC4鈦合金固態(tài)相區(qū)示意圖。α型和低濃度的α+β型合金，自β相區(qū)淬火，發(fā)生口β→α′馬氏體轉(zhuǎn)變，α′具有六方結(jié)構(gòu)和遵守伯格斯取向關(guān)系，形態(tài)上依據(jù)合金性質(zhì)有板條狀和針狀馬氏體兩種。前者內(nèi)部包含高密度位錯(cuò)，后者包含孿晶結(jié)構(gòu)。α′為置換型過飽和固溶體，只伴隨適度硬化。隨著合金濃度提高，對(duì)于含鉬、鈮、鎢和鋁75釩的TC4鈦合金，淬火時(shí)可能形成正交結(jié)構(gòu)的α′′馬氏體，其形態(tài)與α′十分相似。正交馬氏體α′′是從體心立方至密排六方切變過程不完全的一種中間結(jié)構(gòu)狀態(tài)。α′′的硬化作用更其微弱。圖3為Ti-6A1-4V合金中的針狀馬氏體α′和Ti-10V-2Fe-3AI合金中的淬火應(yīng)力誘發(fā)馬氏體α′′。

TC4鈦合金同素異晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物保持著強(qiáng)烈的組織遺傳性。連續(xù)冷卻后形成的魏氏組織，若重新加熱至β相區(qū)，α相將轉(zhuǎn)變成原始取向的β相，再冷卻，則又形成固有的魏氏結(jié)構(gòu)。這種組織往往伴有粗大的原始β晶粒和網(wǎng)狀晶界α，相應(yīng)的拉伸塑性和疲勞性能較差。為改變這種狀況，獲得細(xì)等軸組織或雙態(tài)組織，形變?cè)俳Y(jié)晶是最有效的途徑，這也說明為何熱加工變形在決定TC4鈦合金組織狀態(tài)方面占據(jù)重要地位。

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