钛合金中的马氏体相变

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• 二、其他金属中的马氏体相变 • 20世纪以来,对钢中 马氏体相变的特 征累积了较多的知识,又相继发现在某些 纯金属和合金中也具有马氏体相变,如: Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、 Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、CuAl、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广 泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产 物统称为马氏体。
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• 3.2 钛合金马氏体相变的原理 高纯钛在缓冷退火后,获得多面的α组 织,如果自高温快速冷却,将发生马氏体 转变,晶界变得不完整且呈锯齿状。钛合 金自高温快速冷却时,视合金成分的不同, β相可转变为马氏体(α‘或者α“)、ω相或 者过冷β相,在快速冷却过程中,由于从β 相转变为α相的过程来不及进行, β相将转 变为成分与母相相同、晶体结构不同的过 饱和固溶体,即马氏体。
在钛合金中经常加入的合金元素有Al、 Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si 等, 其中Al、Sn、Zr 加入后将扩大α相区, 使β相 变点升高, 称为α稳定元素。其它元素加入 后将缩小α相区( 扩大β相区) , 使β相变点降 低, 称为β稳定元素。
在发生马氏体相变时,不发生原子扩散, 仅发生β相原子集体的、有规律的近程迁移, 迁移距离较大时形成α‘,迁移距离较小时形 成α“。 β 、 α‘和 α“之间的晶体结构如下图 所示:
图1 面心立方的β相( a) 、密排六方的α‘ ( 或 α“) ( b) 及斜方的α“( c) 的结晶构造之间的关

α‘有两种组织形态: 合金元素浓度较低, 呈块状, 在电镜下呈板条状, 在板状马氏体内 部存在高密度位错。合金元素浓度较高时, α‘呈针状组织, 在针状马氏体内部存在大量孪 晶。 α“则呈更细的针状组织, 在电镜下可以 观察到密集的孪晶结构。马氏体转变开始温 度Ms 和终止温度Mf取决于合金的化学成分。 一般说来, 合金中的β稳定元素浓度越高, 则相 变过程中晶格重构的阻力越大, 相变所需的过 冷度也越大, Ms 和Mf 越低。
• 三、钛合金中的马氏体相变 3.1 钛的同素异构转变 钛具有同素异构转变,在882.5℃以下为 具有密排六方晶体结构的α- Ti,其晶格常熟 c、a分别为0.46849nm和0.29511nm。在 882.5℃以上具有提心立方晶体结构的β-Ti, 其晶格常数a为0.33065nm。 α- Ti ↔ β-Ti的 转变温度称为β相变点,高纯钛的β相变点 是 882.5 ℃,单对成分十分敏感,该温度是 制订钛合金热加工工艺规范的一个重要参 数
从右图图可知:当β 稳定元素的浓度达到 临界值C0与C1时,合金
的Ms点和Mf点分别达到 室温。
图2 Ms和Mf的关系
3.3
钛合金相变马氏体的特点源自钛合金的马氏体相变属无扩散型相变,在相变 过程中不发生原子扩散, 只发生晶格重构。它具有 马氏体相变的所有特点。 动力学特点:转变无孕育期; 瞬间形核长大, 转变速度极快, 每个马氏体瞬间长到最终尺寸; 恒 温转变量极少, 主要在不断冷却中增加体积分数。 切变特点: 马氏体转变是晶体切变过程, 在切 变过程中完成晶格重构。
一、马氏体 - 马氏体概念
马氏体最初是在钢(中、 高碳钢)中发现的:将钢加热 到一定温度(形成奥氏体)后经迅速冷却(淬火),得到的能 使钢变硬、增强的一种淬火组织。 最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪 90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片 状(plate)或者板条状(lath),片状马氏体在金相观察中(二维) 通常表现为针状(needle-shaped),这也是为什么在一些地方 通常描述为针状、竹叶状的原因,板条状马氏体在金相观察中 为细长的条状或板状。奥氏体中含碳量≥1%的钢淬火后,马氏 体形态为片状马氏体,当奥氏体中含碳量≤0.2%的钢淬火后, 马氏体形状基本为板条马氏体。马氏体的晶体结构为体心四方 结构(BCT)。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高 的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一,同时马氏体的脆 性也比较高。
钛合金自高温快速冷却时视合金成分的不同相或者过冷相在快速冷却过程中由于从相转变为相的过程来不及进行相将转变为成分与母相相同晶体结构不同的过饱和固溶体即马在钛合金中经常加入的合金元素有alsnzrvmomnfecrcusi等其中alsnzr加入后将扩大相变点升高称为稳定元素
钛合金中的马氏体相变
杨金文 2012730047
晶体学特点: 马氏体晶格与母相β相之间存在 严格取向关系, 而且马氏体总是沿着β相的一定晶 面形成。 热力学特点: 马氏体转变的阻力很大, 转变时 需要较大的过冷度, 而且马氏体转变只能在越来越 低的温度下进行。

与钢铁中的马氏体相变相比, 钛合金的马 氏体相变有以下特点: 马氏体与母相的晶体学取向 不同, 马氏体惯析面也不相同; 转变产物既可能是 马氏体, 也可能是另一种过饱和固溶体ω 相; 马氏 体和ω相均是合金元素在α相中的过饱和代位固溶 体, 而不是间隙固溶体; 马氏体强化效果远不及钢 铁材料;钛合金的马氏体条或马氏体片比钢铁中的 马氏体粗大, 马氏体的亚结构也有较大的区别。
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