钛合金相变与表征方法

等轴组织
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
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总结
性能 拉伸强度 拉伸塑性 冲击韧性 疲劳强度 断裂韧性 蠕变抗力
β-Ti 体心六方
纯钛882℃
1700 1500
+L
T + TiAl
1300
+ Ti Al
1100
Temperature, °C
900
700
+ Ti Al
TiAl + TiAl 2
Ti Al + TiAl
TiAl 2 +
α-Ti 密排六方
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2、马氏体相变
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。
1896
1920
1987
2006
钛合金的相变与表征方法
罗明生 4月27日
钛合金
一、钛合金的分类
α钛合金 α+β钛合金
工业纯钛 TA1、 TA2、TA3、 TA4
近α钛合金
TC4、TC11、TC21
图 1： TA1板材650℃/h退火状态： 等轴α+少量晶间β
β钛合金
高温合金
其他类型
α2合金
γ合金
图 2： TC4800℃退火状态： 白色等轴α+灰色晶间β
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
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双态组织
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
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电镜类型
类型
光学显微镜 Optical Microscopy
扫描电子显微镜 Scanning Electron Microscopy (SEM) 透射电子显微镜 Transmission Electron Microscopy (TEM) 聚焦离子束 Focused Ion Beam (FIB) 扫描隧道显微镜 Scanning Tunneling Microscopy (STM)
原子力显微镜 Atomic Force Microscopy (AFM)
探测介质 分辨率
穿透能力
可见光 ~200 nm 表面 /内部 (透明物体)
电子
~1 nm
表面
电子 ~0.05 nm
内部
离子
~10 nm
悬臂梁探针 ~0.1 nm
悬臂梁探针 ~0.1 nm
表面 表面 表面
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扫描电子显微镜（SEM）
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
图一：淬火组织与组成关系
图二：马氏体切变形成过程
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马氏体类型与形态
常见的类型：
六方马氏体：α’
两种形态
• 一般是α合金或β稳定元素较少时 的α+β合金淬火形成
钛合金性能与组织的关系
魏氏组织 网篮组织 双态组织
高
较高
较高
低
良
好
低
优
好
低
较好
好
高
较好
较好
高
较好
较好
等轴组织 稍低 优 较好 有 低 低
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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
• 根据惯析面可分为334型和344型
斜方马氏体（α’’)
• 晶格Leabharlann Baidu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
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片层组织（魏氏组织）
形成途径 • 在β相区进行热加工或者在β相区退火。
图 3：Ti40合金850℃退火组织
等轴β组织
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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
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1、同素异晶转变
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
1入射电子和原子核碰撞
弹性 非弹性
背散射
2入射电子和核外电子碰撞
价电子 芯电子
二次电子 伴生
特征X射线 俄歇电子
高的分辨率，1nm左右 很大的景深 制样简单
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透射电子显微镜（TEM）
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X射线衍射
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谢谢观看！ 2020
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 8
网篮组织
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