钛合金高温形变强韧化机理
钛合金热变形
钛合金热变形
钛合金是一类特殊的金属合金，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优异性能。
在高温条件下，钛合金可能发生热变形，这是由于高温下金属晶格结构的改变和原子热运动的增强导致的。
热蠕变（Creep）：在高温和应力作用下，钛合金可能会发生热蠕变。
这是一种渐进性的塑性变形，主要是由于晶格内部的原子滑移导致的。
热蠕变的发生速率与应力、温度和合金的化学成分等因素密切相关。
高温氧化：高温下，钛合金容易与氧气发生反应，形成氧化物。
这种氧化可能导致表面的脆化和剥落，进而影响合金的性能。
晶粒长大：在高温条件下，钛合金的晶粒可能会发生长大。
这种现象可能导致材料的塑性降低和抗拉强度下降。
为了减缓钛合金的热变形，可以采取以下措施：
合金设计：通过调整合金的成分，可以改变其晶格结构和相变温度，从而提高其高温稳定性。
表面涂层：对钛合金进行表面涂层，可以提高其耐高温氧化的
能力，减缓氧化对合金性能的影响。
热处理：通过合适的热处理工艺，可以调整合金的晶粒结构，改善其高温性能。
总的来说，了解钛合金的热变形特性对于在高温环境下使用这类材料的工程应用至关重要。
合理的材料选择、设计和工艺控制可以最大程度地减缓钛合金的热变形，保障其在高温环境下的可靠性和稳定性。
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究增材制造技术是一种新型的制造方式，它可以快速、准确地将材料加工成所需的形状。
而钛合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空、航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文将从增材制造钛合金tc4的变形及失效机理两个方面进行探讨。
我们来了解一下增材制造钛合金tc4的基本情况。
TC4是一种高温强度和抗蠕变性能优良的钛合金，其成分主要包括Ti(钒)、C(碳)等元素。
在增材制造过程中，TC4可以通过激光熔融成形、电子束成形等方式得到。
与传统的锻造或铸造工艺相比，增材制造具有更高的生产效率和更好的精度控制能力。
随着增材制造技术的应用越来越广泛，人们也逐渐发现了一些问题。
其中最突出的问题就是材料的变形性能和疲劳寿命难以满足实际需求。
这主要是由于增材制造过程中存在的一些缺陷和不足所致。
比如说，在激光熔融成形中，由于材料的熔化和凝固过程受到温度梯度的影响，容易形成内部应力集中区域，从而导致材料的变形性能下降；在电子束成形中，由于材料的蒸发和冷凝过程受到速度场的影响，容易形成表面缺陷和微裂纹，从而导致材料的疲劳寿命缩短。
为了解决这些问题，研究人员们进行了大量的实验和理论分析。
他们发现，要想提高增材制造钛合金tc4的变形性能和疲劳寿命，关键在于优化材料的微观结构和组织形貌。
具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，改进增材制造工艺参数。
比如说，可以通过调整激光功率、扫描速度、冷却剂流量等参数来优化材料的熔化和凝固过程，减少内部应力集中区域的形成；可以通过调整电子束功率、扫描速度、偏转角度等参数来优化材料的蒸发和冷凝过程，减少表面缺陷和微裂纹的形成。
第二，引入新型添加剂。
比如说，可以添加一些纳米颗粒或者复合材料作为添加剂，以改善材料的微观结构和性能。
这些添加剂可以在材料中形成一些特殊的位点或者界面，从而起到增强强度、降低变形、提高疲劳寿命的作用。
第三，探索新的材料组合。
比如说，可以将钛合金与其他金属或者非金属材料进行复合，以获得更好的性能表现。
钛合金的热处理基本原理(一)
钛合金的热处理基本原理(一)钛合金的热处理基本1. 什么是钛合金的热处理？钛合金是一种轻巧、高强度、耐腐蚀的金属材料。
然而，由于钛合金的制造过程中可能会导致材料内部存在一些不稳定晶相或缺陷，因此需要进行热处理。
热处理是通过加热和冷却的不同方式改变钛合金的晶体结构和性能，以达到所需的材料性能。
本文将介绍钛合金热处理的基本原理和常用方法。
2. 钛合金的热处理原理钛合金的热处理原理基于以下两个基本原则：固溶处理原理固溶处理是指将钛合金加热至其固溶温度以上，使合金中的溶质原子均匀地溶解在基体晶格中。
通过固溶处理，可以消除钛合金中的不稳定相，提高合金的强度和塑性。
相变处理原理相变处理是指在固溶处理的基础上，通过控制冷却速度使钛合金的晶体结构发生相变。
相变处理可以改变钛合金的晶体结构和晶界形貌，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
钛合金的热处理方法主要包括固溶处理和时效处理两种。
下面将分别介绍这两种方法：固溶处理固溶处理是钛合金热处理的基础步骤，它可以消除钛合金中的不稳定相和缺陷，提高合金的强度和塑性。
固溶处理的具体步骤如下：•加热：将钛合金加热至其固溶温度以上，一般在摄氏度范围内。
•保温：保持合金在固溶温度下足够长的时间，使溶质原子充分溶解在基体中。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定溶质原子在基体中。
时效处理时效处理是在固溶处理的基础上进行的钛合金热处理方法，通过控制冷却速度，使合金的晶体结构发生相变，从而调整其力学性能和耐腐蚀性能。
时效处理的具体步骤如下：•固溶处理：按照固溶处理的方法对钛合金进行加热和冷却处理。
•时效处理：将处理过的钛合金再次加热至合金中存在的稳定相的温度，并保持一段时间。
•冷却：迅速冷却合金至室温，固定相变后的晶体结构。
钛合金的热处理广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
通过热处理，可以增加钛合金的强度和保持其良好的耐腐蚀性能，提高材料的使用寿命。
5. 结论钛合金热处理是一种重要的材料加工方法，通过固溶处理和时效处理可以调整钛合金的晶体结构和性能。
TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究
第25卷 第4期2005年8月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 25,N o .4 A ugust 2005TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究徐文臣,单德彬,李春峰,吕 炎(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)摘要:为了研究TA 15(T -i 6A -l 2Z r -1M o -1V )钛合金的动态热变形行为,采用圆柱试样在G leeb l e -1500热模拟机上进行了恒应变速率压缩变形试验(变形温度550~1000e ,变形速率0101~1s -1),计算了材料的变形激活能Q 并观察了热变形组织。
结果表明,材料的流动应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。
材料的流变行为表现为加工硬化(550~600e )、动态再结晶(650~900e )、动态回复(950~1000e )三种类型。
材料在(A +B )相区的热变形激活能为517kJ /mo ,l B 相区为205kJ /mo l 。
流动应力曲线、变形激活能以及变形组织分析表明,在A +B 相区动态再结晶是材料的主要软化机制,而在B 相区软化机制则以动态回复为主。
随着变形速率的降低,在(A +B )双相区动态再结晶进行得更加充分,而在B 相区则动态回复的亚晶趋于长大。
关键词:热压缩;变形激活能;加工硬化;动态再结晶;动态回复;亚晶中图分类号:TG146.23 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2005)04-0010-07收稿日期:2004-09-10;修订日期:2005-04-01作者简介:徐文臣(1976-),男,博士研究生。
TA15(T -i 6A -l 2Zr -1M o -1V )是与俄罗斯研制的BT20钛合金相似的一种近A 钛合金,具有较高的比强度、抗蠕变性、耐腐蚀性以及良好的焊接性能,在航空航天工业中广泛应用,如在前苏联第三代先进歼击机上,BT20钛合金的单机毛坯用量占整个钛合金毛坯用量的70%左右,应用在中央翼下壁板、承力框和进气道格栅防护罩等关键零件上[1~3]。
TC21钛合金
前言TC21为高强高韧钛合金,名义成分为Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb,是目前我国高强高韧钛合金综合力学性能匹配较好的钛合金之一,可用于航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位,以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。
利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800~920℃温度范围和0.01~1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。
结果显示,与TC21钛合金相比, TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H 钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善钛合金氢处理是利用氢的可逆合金化作用,通过合理控制合金中的氢含量及其存在状态,在不改变材料整体状态的前提下,形成有利于改善加工性能的组织结构,改善钛合金加工性能的一项新技术,近些年,受到国内外学者的广泛关注,在置氢组织转变、置氢塑性加工、切削加工、连接加工以及采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。
结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。
随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。
当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。
综述了高强高韧损伤容限型钛合金TC21的热加工行为研究进展。
重点介绍了热加工及热处理工艺参数对TC21钛合金的相组成、显微组织与力学性能、损伤容限性能等方面的影响。
钛合金相变和热处理
钛合金相变和热处理钛合金相变和热处理钛合金是一种重要的结构材料，由于其高强度、低密度、耐腐蚀等特性被广泛应用于航空、航天、乃至医疗等领域。
然而，钛合金也存在一些问题，比如钛合金制品在加工过程中容易发生热变形、热裂纹等现象。
为了有效解决这些问题，对于钛合金的相变和热处理技术研究显得尤为重要。
一、钛合金相变1.1 α、β相钛合金有两种最重要的晶体结构—α相和β相，其中β相是在高温下稳定的相，而α相则在低温下稳定。
因为在两相之间存在一个相变温度范围，所以经过一定的热处理，钛合金可以发生相变，从而对其性质产生影响。
1.2 钛合金的变形机制由于钛合金属于典型的自由刃转式金属，其变形主要是通过晶间滑移和晶内滑移来实现。
晶间滑移的产生势必会导致晶粒的增长，从而导致强度的降低。
二、钛合金热处理钛合金的热处理是为了在完全可控的条件下，通过调控钛合金的组织和性质，去满足钛合金在不同应用场合下的各种性能要求。
2.1 固溶处理固溶处理的目的通常是增强钛合金的塑性和韧性，以及提高其热加工能力。
固溶处理主要利用固溶元素在在母相中溶解来改变钛合金的性质。
2.2 时效处理时效处理的目的是在固溶处理后，通过加以热处理及定时保温，使强度达到最高的状态。
时效处理的工艺参数和过程控制对钛合金的性能和成本影响较大，必须严格控制。
2.3 稳定化处理由于钛合金热变形发生的条件较苛刻，通过稳定化处理可以调节相的转变，以提高钛合金的热加工性能。
稳定化处理的方法包括多元元素稳定化处理和超塑性稳定化热处理。
三、总结综上所述，钛合金相变和热处理的研究对于钛合金的应用至关重要。
合适的热处理（如固溶处理、时效处理以及稳定化处理）对于钛合金的性能和应用具有重要的影响。
因此，采用合适的热处理方法研究钛合金的相变和性能具有非常重要的意义。
TA1热变形行为及工艺参数优化
TA1热变形行为及工艺参数优化专业品质权威编制人：______________审核人：______________审批人：______________编制单位：____________编制时间：____________序言下载提示：该文档是本团队精心编制而成，期望大家下载或复制使用后，能够解决实际问题。
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钛合金中fe元素含量对其热变形的影响
钛合金中fe元素含量对其热变形的影响钛合金是一种重要的结构材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
其中，铁元素是钛合金中的一种重要合金元素，对其力学性能和耐腐蚀性能有着重要的影响。
本文将探讨钛合金中Fe元素含量对其热变形的影响。
一、钛合金中Fe元素的作用钛合金中的Fe元素主要通过固溶强化和析出强化的方式来提高其力学性能。
固溶强化是指将Fe元素溶解在钛合金的α相中，使其晶格发生畸变，从而提高了钛合金的强度和硬度。
析出强化是指在钛合金中形成Fe的化合物，如FeTi、Fe2Ti等，这些化合物可以在晶界和晶内析出，从而提高了钛合金的强度和耐腐蚀性能。
二、钛合金中Fe元素含量对热变形的影响钛合金在高温下容易发生热变形，如热膨胀、热裂纹等。
钛合金中Fe 元素含量的变化会对其热变形性能产生影响。
1. 热膨胀性能钛合金中Fe元素含量的增加会导致其热膨胀系数的增加。
这是因为Fe元素的加入会使钛合金的晶格发生畸变，从而增加了其晶格的热膨胀系数。
因此，在钛合金的设计和制造中，需要根据具体的应用要求来选择合适的Fe元素含量。
2. 热裂纹敏感性钛合金在高温下容易发生热裂纹，而Fe元素的加入会增加钛合金的热裂纹敏感性。
这是因为Fe元素的加入会使钛合金的晶界和晶内析出Fe的化合物，从而增加了钛合金的晶界和晶内的应力集中程度，从而增加了其热裂纹敏感性。
因此，在钛合金的设计和制造中，需要控制Fe元素的含量，以减少其对钛合金热裂纹敏感性的影响。
三、结论钛合金中Fe元素含量对其热变形性能有着重要的影响。
Fe元素的加入可以通过固溶强化和析出强化的方式来提高钛合金的力学性能和耐腐蚀性能，但同时也会增加钛合金的热膨胀系数和热裂纹敏感性。
因此，在钛合金的设计和制造中，需要根据具体的应用要求来选择合适的Fe元素含量，以实现最佳的性能表现。
第二讲 钛的合金化原理
第二讲钛的合金化原理1、钛的固态相变钛的两种同素异体结构密排六方（HCP）——α相，低温相，难变形。
体心立方（BCC）——β相，高温相，易变形。
纯钛的相变点882℃相变会使晶胞体积、变形能力、塑性、扩散系数等发生重大改变。
2、合金元素与钛的相互作用由于合金元素原子结构、原子尺寸和晶体结构三者的差异，合金元素与钛的作用分四类：第一类：形成离子化合物的元素；O、C1、F，与提取冶金、化工关系大。
第二类：形成有限固溶体和金属间化合物的元素；A1、C、N、B。
第三类：形成无限固溶体的元素；Zr、Hf与α、β相均形成无限固溶。
Mo、V、Cr、Ta、Nb，只在β-Ti 中无限固溶，在α-Ti中为有限固溶。
第四类：与Ti基本不反应或完全不反应的元素，包括：惰性气体、Na、K、稀土（钪除外）微量稀土可细化晶粒。
3、相——相图相——物质体系中物理和化学都均匀的部分，它是描述物质状态的一个概念，如水的固相、液相、气相。
相图——表征合金相组成与合金元素含量、温度三者关系的图形。
4、Ti-A1二元相图铝是钛合金最重要的合金元素，它质轻、价廉、合金化效果好，应用最广。
Ti-A1相图最有代表性与基础性。
从Ti-A1相图可以看出：①Ti与A1相互作用，可形成4个相。
α相（HCP），A1≤7%~11%，无序固溶体，低塑性相。
β相（BCC），无序固溶体，高塑性相。
α2相（正方），A1＞11%，Ti3A1有序金属间化合物，脆性相。
γ相（六方）A1＞50%，TiA1有序金属间化合物，晶型，脆性相。
②α2相和γ相结构③常用钛合金（低A1合金）：含α相、β相超轻型耐热钛合金（高A1合金），含α2或r相组成，可在650-900℃下使用。
④A1提高α/β相变点。
A1提高再结晶开始温度，提高强度（30-50MPa/1%A1）A1降低塑性与韧性。
A1超过溶解度极限8%，导致α2（TiA1）相析出，合金脆化。
4、合金元素的分类按照元素对钛α/β相变点影响，分三类：①α稳定元素：升高相变点，扩大α相区，如A1、O、C、N、B，较多溶于α相。
钛合金介绍[文字可编辑]
![钛合金介绍[文字可编辑]](https://img.taocdn.com/s3/m/f4bd6a48770bf78a64295449.png)
?但总的说来，钛发展的速度是很快的，它超过了任何一种其他 有色金属的发展速度。这从全世界海绵钛工业发展情况可以看出： 海绵钛生产规模60年代为60kt/a ，70年代为1l0kt/a ，80年代为 130kt/a ，到1992年已达140kt/a 。
纯钛特点
纯钛： 一种银白色的金属
特点：
? 是很活泼的元素。 ? 有很好的钝化性能，钝化膜很稳定，在许多环境中表现出
很好的耐蚀性。有“耐海水腐蚀之王”之称。
? 高温下，钛的化学活性很高，能与卤素、氧、氮、碳、硫 等元素发生剧烈反应。
? 钛一般不发生孔蚀；除在几种个别介质（如发烟硝酸、甲 醇溶液）中，也不发生晶间腐蚀；钛的应力腐蚀破裂敏感 性小，具有抗腐蚀疲劳的性能，耐缝隙腐蚀性能良好。
?当合金在 β相区处理时，则控制冷却可得到魏氏组织片状 α相和 网篮状组织。在相同强度条件下，这种组织具有比等轴 α结构高的 断裂韧性、疲劳裂纹扩展阻力和蠕变强度。
钛合金的强韧化基础－β钛合金和近β钛合金
据八面体间隙位置，产生点阵畸变，起强化作用，不利塑性。 因此，利用含氧量的不同可以得到几种不同强度及加工性能 组合的商业用纯钛。一般含氧量均较高， w(O)达0.1~0.2% 。
?氮：是强稳定α相元素，溶解度达6.5~7.4%( 质量)，也是
存在于间隙位置，形成间隙固溶体。它强烈提高强度而降低 塑性，当w(N)0.2% 时可发生脆性断裂。所以含氮量不能太高， 但实际合金的w(N)也有0.03~0.06% 的水平。
四、钛合金的发展与应用
一 、 简介
几种典型钛合金的热变形抗力
几种典型钛合金的热变形抗力
钛合金的热变形抗力受其组成、微观结构、热处理状态、变形温度、应变速率等因素的影响。
以下是几种常见的钛合金和其相应的热变形抗力：
1. 纯钛（Grade 1-4）：纯钛的热变形抗力较低，容易发生热变形。
在高温下，纯钛的变形抗力会进一步降低。
2. α+β型钛合金（如Ti-6Al-4V）：这是一种常见的钛合金，在高温下具有较高的热变形抗力。
它具有良好的塑性和强度，适用于高温下的热变形加工。
3. β型钛合金（如Ti-10V-2Fe-3Al）：这种钛合金在高温下也具有较高的热变形抗力。
β相的
存在使其在高温下呈现出较好的塑性和稳定性。
4. Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo钛合金：这种钛合金具有较高的热变形抗力，适用于高温下的热加工和
变形。
需要注意的是，以上只是一些典型的钛合金，实际上还有很多其他的钛合金，它们的热变形抗力也会有所不同。
同时，热变形抗力的具体数值还受到具体实验条件的影响，例如变形温度、应变速率等。
钛合金材质的高温抗氧化性能研究
钛合金材质的高温抗氧化性能研究一、引言随着现代工业技术的不断进步，高温工况下的先进材料需求愈发迫切。
而“钛合金”作为一种“高强度、低密度、高温抗氧化性能好、耐腐蚀、可加工性强”的材料，被广泛应用于航空、航天、化工等领域，成为了当代材料研究领域的一个热点。
本文主要探讨钛合金材质在高温条件下的抗氧化性能研究，分别从“高温氧化”与“材料结构调控”两方面进行讨论。
二、高温氧化1.高温氧化产物的形成钛合金高温热氧化一般按以下两种反应过程进行：2Ti + O2（氧气）→ 2TiO（钛氧化物）4Ti + 3O2（氧气）→ 2Ti2O3（二氧化钛）其中，TiO的发生温度较高，一般为850℃左右，而Ti2O3的发生温度较低，甚至在常温下也会有一定的生成率。
对于钛合金而言，该材质的高温氧化产物主要为TiO和Ti2O3。
2.高温氧化的影响高温氧化会导致钛合金表面出现氧化层，对材料的性能产生影响。
非均匀的氧化层会导致应力集中，从而影响到材料的强度和韧性；同时，氧化层的生成还会影响到材料的电阻、热导率和光学性能等。
然而，氧化层也不是全然的坏处，它可以在一定程度上保护金属表面不被腐蚀和磨损，同时还能够在一定程度上减少摩擦和腐蚀的功率损失。
三、材料结构调控1.表面处理为了提高钛合金在高温条件下的抗氧化性能，研究人员找到一种方法，即采用化学助剂等对合金表面进行处理。
比如，采用氟化氢、氯化铝等选择性腐蚀剂，可以去除表面一定深度的氧化层，达到增强性能的目的。
2.添加合金元素在制造钛合金时，可以针对不同的工作条件添加不同的合金元素，比如钒、铁、氮等。
通过合金元素的添加可以改变钛合金内部的组织结构，以达到提高高温抗氧化能力的目的。
3.氧化层再生钛合金高温氧化后，表面会形成氧化层。
但在某些情况下，该氧化层会出现裂缝等问题，导致氧化层结构急剧变化，从而影响到钛合金的抗氧化性能。
为了解决这一问题，研究人员提出了一种新的方法，即氧化层再生。
专门的技术人员通过特定的处理方法重新生成氧化层，提高钛合金的抗氧化性能。
钛合金的性能优异的原理
钛合金的性能优异的原理钛合金是一种由钛元素与其他合金元素（如铝、钒、锰、铁等）组成的合金材料。
钛合金因其优异的性能广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
其性能优异的原理主要包括以下几个方面：1. 高比强度和低密度：钛合金具有较高的比强度和较低的密度，比强度是指材料承受最大外力时所能承受的力与其单位面积的比值。
钛合金的高比强度使其具有优异的抗拉、抗压和抗弯强度，适用于要求高强度同时又要求材料轻型化的场合。
2. 良好的耐腐蚀性能：钛合金在常温下具有良好的耐腐蚀性能，能够在大气、水、海水、酸、碱等介质中长期稳定使用。
这是因为钛合金表面生成一层致密、坚硬的氧化膜（TiO2），能够有效防止进一步氧化和腐蚀，从而延长了材料的使用寿命。
3. 良好的高温性能：钛合金具有良好的高温稳定性，能够在高温环境下保持较高的强度和刚性。
这是由于钛合金中添加的合金元素能够有效抑制晶界的变形和生长，提高了材料的熔点和热稳定性，从而在高温下表现出较好的性能。
4. 优异的低温性能：钛合金具有良好的低温韧性，能够在低温下保持较高的强度。
在极低温环境下，钛合金能够继续保持其原有的强度，并且不容易发生脆断现象，适用于一些低温环境下的应用场合，如航空航天领域。
5. 优良的机械性能：钛合金在室温下具有良好的可塑性和可加工性，能够通过热加工（如锻造、轧制）和冷加工（如拉拔、压缩）等方式进行成型加工。
这是由于钛合金具有良好的变形能力和形变硬化能力，能够在外力作用下发生塑性变形，从而实现材料的成形和加工。
综上所述，钛合金的性能优异主要是因为其具有高比强度和低密度、良好的耐腐蚀性能、高温性能和低温性能以及优良的机械性能。
这些优异的性能使得钛合金在各个领域中得到广泛应用，并逐渐替代传统金属材料。
然而，钛合金的制备过程较为复杂，成本较高，限制了其在一些应用领域的推广和使用。
因此，未来的研究方向包括进一步提高钛合金的制备工艺和技术，并探索新型高性能钛合金的开发。
钛合金热成形技术_概述及解释说明
钛合金热成形技术概述及解释说明1. 引言1.1 概述钛合金热成形技术是一种利用高温和压力对钛合金进行塑性变形的方法。
通过在特定温度下将钛合金加热到其塑性区域，然后施加压力来实现成形。
这种技术在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域中得到广泛应用，并且在近年来取得了显著的发展和突破。
1.2 文章结构本文将从几个方面对钛合金热成形技术进行全面介绍和解释说明。
首先，我们将概述该技术的定义、原理以及其历史发展情况。
然后，我们将详细介绍该技术在不同领域的应用，并探讨其在实际生产中的工艺流程。
接下来，我们将深入分析钛合金热成形技术的优势，并提出当前面临的挑战以及相应的解决方法。
最后，我们将总结主要观点并对该技术未来发展进行展望。
1.3 目的本文旨在全面介绍和解释钛合金热成形技术，并分析其优势和挑战。
通过对该技术的准确理解，读者可以更好地了解钛合金热成形技术在工业生产中的应用和潜力，并为相关领域的研究和实践提供参考依据。
2. 钛合金热成形技术概述2.1 定义和原理钛合金热成形技术是一种通过将钛合金材料加热至其塑性变形温度，然后进行成型的制造工艺。
它基于钛合金在高温下具有良好的塑性和可变形性的特点，通过控制温度和应力来实现对钛合金材料的可控变形。
该技术主要依靠热胀冷缩原理，即在加热过程中，钛合金材料会膨胀并变软，使其容易成形；而在冷却过程中，由于收缩效应，材料会保持所需的形状。
通过精确控制加热、保温、成形和冷却阶段的参数和时间，可以实现对钛合金材料复杂三维几何形状的成型。
2.2 历史发展钛合金热成形技术起源于20世纪50年代。
当时，在航空航天工业领域对功能强大、轻量化及高机械性能要求极高的部件需求推动了该技术的发展。
最初的试验主要集中在单晶和多晶钛合金的热加工方面，通过探索适宜的加热温度和形变速率以及工艺参数的优化，成功实现了钛合金材料的热成形。
随着技术的不断进步和先进材料的开发，钛合金热成形技术得到了广泛应用。
如今，它已在航空、航天、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用，并为这些领域带来了许多新的设计可能性和解决方案。
热处理工艺对TA15钛合金棒材组织和性能的影响
Ｖｏｌ３５ Ｎｏ４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１８
热处理工艺对 ＴＡ１５钛合金棒材组织和性能的影响
卢凯凯，周立鹏，段启辉，李敏娜，肖松涛，田 园
（西北有色金属研究院，陕西 西安 ７１００１６）
摘 要：研究了普通退火、β退火的单重热处理制度和强韧化的双重热处理制度对 ＴＡ１５钛合金棒材组织和性能的影 响规律。结果表明，在普通退火温度范围内，合金组织形貌变化不大，均为等轴组织，合金的强度和冲击韧性随退火 温度的升高而增加，塑性基本保持不变；β退火得到粗大的魏氏体组织，综合力学性能最差；在双重热处理过程中， 第二重热处理温度主要影响片层 α相的厚度，随着第二重热处理温度的升高，片层 α相厚度增加，合金的强度降低， 冲击韧性增加。当热处理制度为 ９７５℃ ×１ｈ／ＷＱ＋８５０℃ ×２ｈ／ＡＣ时，合金组织由约 ２４％的初生等轴 α相、５５％左 右的网篮 α相和 β转变组织组成，此时合金具有良好的强韧性匹配。 关键词：ＴＡ１５钛合金；双重热处理；强韧性 中图分类号：ＴＧ１６６５；ＴＧ１４６２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９９９６４（２０１８）０４０３５０５
ＥｆｆｅｃｔｏｆＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔＰｒｏｃｅｓｓｏｎＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆＴＡ１５Ｔｉｔａｎｉｕｍ ＡｌｌｏｙＢａｒｓ
ＬｕＫａｉｋａｉ，ＺｈｏｕＬｉｐｅｎｇ，ＤｕａｎＱｉｈｕｉ，ＬｉＭｉｎｎａ，ＸｉａｏＳｏｎｇｔａｏ，ＴｉａｎＹｕａｎ
收稿日期：２０１７－１１－０２ 通信作者：卢凯凯（１９８９—），男，工程师。
材料的性能，除了与材料本身的合金成分有关 外，还取决于后续的加工工艺和热处理制度。周义 刚等［３］提出了高温形变强韧化工艺（近 β锻造结合高 低温强韧化热处理），将热加工和热处理有效的联系 在一起，获得了约 ２０％等轴 α相、５０％ ～６０％的网篮 α相和 β转变基体的三态组织，使钛合金的强度 －韧 性得到了较好匹配。但近 β锻造要求在相变点以下 １０～１５℃ 进 行 锻 造， 对 于 大 规 格 棒 材 的 生 产 来 说， 变形温度区间狭窄，变形热难以控制，且变形后要 求立即水冷等条件，生产过程复杂，难以实现批量 化。朱景川等［４］对 初 始 组 织 为 双 态 组 织 的 两 相 钛 合
TC4基复合材料等温挤压变形组织演化和力学性能
TC4基复合材料等温挤压变形组织演化和力学性能钛基复合材料同时具备良好的力学性能和优异的高温耐久性能,在航空航天、先进军事等高技术领域具有广阔的应用前景。
原位自生的非连续增强钛基复合材料由于与传统钛合金制备技术的相容性,成为近年来钛基复合材料的重要研究热点。
然而,增强体的加入在提高诸多性能的同时降低了钛基复合材料的塑性,虽然塑性变形能够在提高其强度的同时改善塑性,但高的屈强比使变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大变形加工的难度。
现有普通热锻、热轧、热挤压等方法对其在较高温度变形加工时,与模具的较大温差损失了材料的热量,使得变形加工只能采用小变形量的多道次和高应变速率进行,加剧了变形组织的不均匀性和增强体断裂程度,对塑性改善较为有限。
针对当前钛基复合材料热加工方法的不足,本文提出了能够消除材料和模具的温差,并提供强烈的三向压应力的等温挤压技术。
系统研究了挤压模角、挤压温度、挤压变形量等主要挤压参数对TC4基复合材料的基体组织形貌和晶粒取向,增强体的形貌和分布以及力学性能的影响规律,通过对基体TC4合金和不同增强体类型及含量的复合材料等温变形组织特征的研究揭示了增强体对复合材料变形组织和性能的作用机制。
主要研究内容和结论如下:1)利用原位自生方法制备出了多种具有不同增强体类型及含量的复合材料,研究了增强体类型及含量对复合材料组织的影响规律。
在铸态组织中,各复合材料增强体总体分布均匀,增强体的加入显著细化了基体TC4合金的初始β晶粒和β转变组织,阻碍了粗大连续晶界α相的生成。
随着增强体含量的增加,局部出现了团簇现象,在体积含量10vol.%的复合材料中生成了粗大TiC初晶和片状TiB初晶,急剧降低了复合材料的塑性。
增强体的加入促进了变形中基体组织的动态再结晶,协调了基体组织的变形,获得了比基体合金更为均匀的变形组织。
2)利用透射和扫描电镜研究了变形工艺参数对基体组织形貌的影响规律,揭示了变形中基体组织细化机制。
发生不连续屈服的钛合金高温变形研究进展
发生不连续屈服的钛合金高温变形研究进展王哲君;强洪夫;王学仁【摘要】不连续屈服行为是近α、β钛合金高温变形过程中出现的一种重要现象,对钛合金高温变形的力学特性有重要的影响,引起了材料研究者越来越广泛的关注.综合目前发生不连续屈服的钛合金高温变形研究现状,介绍了下屈服点前、后的流动曲线特性;分析了影响不连续屈服的主要因素、不连续屈服发生的相关机理;探讨了发生不连续屈服的钛合金高温变形机制和考虑不连续屈服现象时钛合金高温变形的本构模型构建;并在此基础上提出了当前研究中存在的不足和值得进一步研究的内容.%The discontinuous yielding behavior is one of the important phenomenas for near α and β titanium alloys during hot deformation. It has the important effect on the mechanical behavior of titanium alloys during hot deformation, and there has been a growing interest on this phenomenon. With a view to the current researches of high temperature deformation of titanium alloys with discontinuous yielding, the characteristics of flow stress curves before and after the lower yield point were introduced. The dominating influencing factors and theoretic mechanism on the discontinuous yielding were analyzed. The deformation mechanism of titanium alloys with discontinuous yielding during hot deformation was discussed as well as the methods to develop the constitutive model. At last the current shortage and future research contents were also proposed.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2012(022)007【总页数】10页(P1904-1913)【关键词】不连续屈服;钛合金;高温变形;变形机理;本构模型【作者】王哲君;强洪夫;王学仁【作者单位】西安高新技术研究所601室,西安710025;西安高新技术研究所601室,西安710025;西安高新技术研究所601室,西安710025【正文语种】中文【中图分类】TG146.2Abstract:The discontinuous yielding behavior is one of the important phenomenas for near α and β titanium alloys during hot deformation. It has the important effect on the mechanical behavior of titanium alloys during hot deformation,and there has been a growing interest on this phenomenon. With a view to the current researches of high temperature deformation of titanium alloys with discontinuous yielding, the characteristics of flow stress curves before and after the lower yield point were introduced. The dominating influencing factors and theoretic mechanism on the discontinuous yielding were analyzed. The deformation mechanism of titanium alloys with discontinuous yielding during hot deformation was discussed as well as the methods to develop the constitutive model. At last the current shortage and future research contents were also proposed.Key words:discontinuous yielding; titanium alloy; hot deformation; deformation mechanism; constitutive model钛合金作为一种在较高温度下具有比强度高、断裂韧性高、耐高温和抗腐蚀性好等特别优异性能的合金材料，在航空航天等领域被广泛应用。
高温合金强韧化机理的研究
高温合金强韧化机理的研究高温合金是一种应用广泛的材料，主要用于高温环境下的航空、航天和能源等领域。
然而，由于高温环境下的应力和温度的共同作用，高温合金往往容易发生塑性变形和断裂，影响其使用寿命和性能。
因此，对高温合金的强韧化机理进行研究具有重要意义。
高温合金的强韧性取决于其微观结构和组织特征。
首先，高温合金中的相数量和组成是影响其强韧性的重要因素之一。
相数量过多会导致局部应力集中，增大断裂的可能性；相组成的变化则会影响其热稳定性和塑性变形的能力。
因此，在高温合金的制备过程中，需要控制相的数量和组成，以实现强韧化。
其次，高温合金中的晶粒尺寸和晶界特征也对其强韧性起到重要作用。
较小的晶粒尺寸可以提高材料的强度和塑性，因为较小的晶粒尺寸会导致弥散硬化效应的增强，从而增加材料的韧性。
晶界是晶粒之间的界面，其特征也会对材料的强韧性产生影响。
优化晶界的特征，可以增加晶界的强化作用，提高材料的抗拉强度和韧性。
此外，高温合金中的位错密度和位错类型对其强韧性的影响也不可忽视。
位错是晶格的缺陷或错配，可以通过运动和堆积来影响材料的塑性变形和断裂行为。
高位错密度会增加材料的强度但降低其韧性，而位错类型的变化则会影响材料的断裂方式和应力传递机制。
因此，研究位错密度和类型的调控策略对高温合金的强韧化具有重要意义。
除了微观结构和组织特征外，高温合金的化学稳定性和表面处理也会影响其强韧性。
高温合金处于极端的高温和气氛环境下，容易发生氧化、腐蚀等化学反应。
因此，通过调整合金的化学成分和采取适当的表面处理方法，可以提高高温合金的化学稳定性和耐腐蚀性，从而改善其强韧性。
需要指出的是，高温合金的强韧化机理是一个复杂而综合的问题，涉及多个方面的相互作用。
在实际应用中，还需要结合具体的工艺条件和使用环境，针对性地进行材料的设计和工程改进。
同时，高温合金的强韧化研究需要借助先进的实验手段和计算模拟方法，结合理论分析和实验验证相结合，以全面深入地揭示其机理。
TC4钛合金的高温压缩变形行为
TC4钛合金的高温压缩变形行为摘要：本文采用高温压缩试验，研究了TC4钛合金在不同温度、应变速率和应变程度下的高温压缩变形行为。
结果表明，随着温度的升高，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能显著增加；随着应变速率的增加，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能逐渐下降；在较高的应变程度下，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能也会逐渐下降。
本文探讨了这些变形机制的可能机理，并提出了对进一步研究TC4钛合金高温变形行为的建议。
关键词：TC4钛合金；高温压缩试验；流动应力；塑性变形能正文：Ⅰ.引言随着钛合金在航空、航天、船舶、汽车等领域的广泛应用，对其高温性能的研究越来越受到关注。
TC4钛合金是目前应用最广泛的一种钛合金，其高温性能与材料的微观结构和化学成分密切相关。
在高温条件下，TC4钛合金的变形行为受到多种因素的影响，包括温度、应变速率、应变程度等。
因此，深入研究TC4钛合金在不同条件下的高温变形行为，对优化材料性能、提高材料应用效率具有重要意义。
Ⅱ.实验方法本文采用高温压缩试验来研究TC4钛合金的高温变形行为。
试验在真空条件下进行，温度范围为700℃~950℃，应变速率范围为0.001~0.1s^-1，应变程度在0.2~0.8之间。
在试验过程中，记录基本应力应变曲线、流动应力、塑性变形能等参数，并对试验结果进行分析。
Ⅲ.结果与讨论试验结果表明，在不同温度、应变速率和应变程度下，TC4钛合金的高温变形行为存在明显差异。
在同一温度下，随着应变速率的增加，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能逐渐下降。
这是因为应变速率引起了材料的应力状态变化，导致位错活动、吞吐及再生等发生变化。
在较低的应变程度下，随着温度的升高，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能显著增加；在较高的应变程度下，随着温度的升高，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能也会逐渐下降，这是因为当应变程度较大时，高温软化效应的影响逐渐减小。
此外，试验还发现，TC4钛合金的高温变形行为受组织和成分的影响较大，随着成分的变化和晶粒的细化，材料的高温变形行为也会有所改善。
钛合金高温变形实验报告
一、实验目的1. 研究钛合金在高温下的变形行为。
2. 探究不同温度、不同变形速度对钛合金变形性能的影响。
3. 分析钛合金高温变形过程中的组织演变规律。
二、实验材料及设备1. 实验材料：某型号钛合金板材。
2. 实验设备：高温炉、万能试验机、金相显微镜、扫描电镜等。
三、实验方法1. 实验步骤：（1）将钛合金板材切割成所需尺寸。
（2）将钛合金板材放入高温炉中，按照预定的温度和时间进行加热。
（3）将加热后的钛合金板材取出，迅速放入万能试验机中进行压缩变形实验。
（4）观察钛合金板材的变形行为，记录变形量。
（5）对变形后的钛合金板材进行金相显微镜和扫描电镜观察，分析组织演变规律。
2. 实验参数：（1）实验温度：900℃、1000℃、1100℃。
（2）变形速度：1mm/min、2mm/min、3mm/min。
四、实验结果与分析1. 钛合金在高温下的变形行为（1）随着温度的升高，钛合金的变形抗力逐渐降低，变形量逐渐增大。
（2）在900℃时，钛合金的变形抗力较高，变形量较小；在1100℃时，钛合金的变形抗力较低，变形量较大。
（3）在相同温度下，随着变形速度的增加，钛合金的变形抗力逐渐增大，变形量逐渐减小。
2. 钛合金高温变形过程中的组织演变规律（1）在900℃时，钛合金板材经过压缩变形后，组织以等轴晶为主，晶粒尺寸较小。
（2）在1000℃时，钛合金板材经过压缩变形后，组织以等轴晶和细长晶为主，晶粒尺寸有所增大。
（3）在1100℃时，钛合金板材经过压缩变形后，组织以细长晶为主，晶粒尺寸较大。
五、结论1. 钛合金在高温下具有良好的变形性能，随着温度的升高，变形抗力逐渐降低，变形量逐渐增大。
2. 钛合金高温变形过程中的组织演变规律：在900℃时，以等轴晶为主；在1000℃时，以等轴晶和细长晶为主；在1100℃时，以细长晶为主。
3. 实验结果表明，高温变形对钛合金的组织和性能具有重要影响，为钛合金高温成形工艺的优化提供了理论依据。
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锻后水冷的组织在随后的低温时效过程中分解 ,降低合金 的热稳定性. 因此 , 如何解决钛合金强度 - 塑性 - 韧性的 相互匹配 , 一直是钛合金科学工作者努力解决的课题.
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金 属 学 报
35 卷
1 高温形变强韧化的设计 文献[5]指出 , 魏氏α的断裂韧性和抗蠕变能力比等
轴α好. 单就提高合金蠕变性能和断裂韧性而言 , 应尽量 增加合金组织中魏氏α相的相对含量 , 但要受塑性下降的 限制 , 等轴初生α含量不能过低. 研究结果证明[6] , 只要组 织中含有 10 % —15 %的等轴α, 塑性不会过于下降 , 超过 20 %对塑性也无裨益 , 而会抑制其它性能的发挥. 因此 , 钛合金强韧化设计的理论基础是将初生 α含量控制在 20 %左右 , 可获得强度 - 塑性 - 韧性的最佳匹配.
p ha (φα) and t heheating temperature of TC11 alloy ● equiaxed α ○ transformed β
(相变点以下 40 ℃左右) , 初生α含量随温度的变化不大 ; 只有当温度升高到相变点以下 10 —15 ℃时 , 初生α才能迅 速降至 10 % —15 % , 加上变形及热处理发生的再结晶增加 的 10 %左右的等轴 α相 , 可以使 α相的总含量控制在 20 %左右.
摘 要 详细研究并讨论了钛合金高温形变强韧化机理. 结果表明 , 三态组织中少量等轴α相与基体β相没有固定的位向关 系 , 位错容易找到可开动的滑移面 , 对变形起着协调作用 , 因而合金具有较高的塑性;大量网篮交织的条状α, 不仅增加了相界 面 , 提高了合金的强度与抗蠕变能力 , 而且不断改变裂纹扩展方向 , 导致裂纹路径曲折、分枝多 , 断裂韧性好. 新的变形理论适 用于α,近α, (α+β) 和近β型钛合金. 关键词 高温形变 , 强韧化机理 , 三态组织 , 钛合金 中图法分类号 T G146. 2 文献标识码 A 文章编号 0412 - 1961 (1999) 01 - 0045 - 48
AN INVESTIGATION OF HIGH - TEMPERATURE DEFORMA2 TION STRENGTHENING AND TOUGHENING
MECHANISM OF TITANIUM ALLOY
Z HO U Y i gang , Z EN G W ei don g , L I Xiaoqi n , Y U Hanqi ng
国内外对(α+β) 钛合金的变形通常是在相变点以下 30 —50 ℃进行 , 称为常规锻造. 常规锻造获得的等轴组织 具有室温强度高、塑性好等优点 , 但其高温性能、抗疲劳裂 纹扩展能力和断裂韧性较差[1]. 50 年代后期 , Croan 等人[2] 提出了β锻造工艺 ,其优点是提高了合金的抗蠕变性能、冲 击和断裂韧性 , 但是明显降低塑性和热稳定性 , 导致“β脆 性”和“组织遗传性”[3]. 60 年代初 , Sheegarev 等人[4]提出的 形变热处理理论 , 有效地提高了合金的强度和韧性 ,但是
第 35 卷 第 1 期 1999 年 1 月
金属学报
ACTA M ETALL U R GICA SIN ICA
Vol. 35 No . 1 J anuary 1 9 9 9
钛合金高温形变强韧化机理 3
周义刚 曾卫东 李晓芹 俞汉清
曹春晓
(西北工业大学材料科学与工程学院 , 西安 710072) (北京航空材料研究院 , 北京 100095)
2 实验结果与分析 2. 1 显微组织
从图 2 可以看到 , 传统的常规锻造获得等轴组织 (图 2a) ,β锻造获得网篮组织(图 2c) , 而近β锻造得到三态组 织(图 2b) . 三态组织是由体积分数 (下同) 分别为 10 % — 20 %的等轴α,50 % —60 %网篮交织的条状α和转变β基 体构成的多层次组织. 等轴α是坯料加热未超过相变点而 被保留下来的 ; 一定宽长比的条状α是变形及冷却产生的 次生α相在均匀化和高温处理时进一步聚集长大形成的. 由于变形后采用快速水冷 , 保留了大量的晶体缺陷 , 因而 结晶核心多 , 条状α和转变β基体中的魏氏α相尺寸细 小、无固定方式排列且呈网篮状交织. 2. 2 力学性能
%
1061 1018 14. 8 46. 2 1087 14. 0 38. 8 1081 12. 0 31. 7
1098 1049 16. 8 43. 8 1109 15. 0 37. 7 1153 16. 6 36. 6
1083 990 12. 8 19. 6 1069 11. 3 17. 0 1094 10. 2 16. 4
TC11( Ti - 6. 5Al - 3. 5Mo - 1. 5Zr - 0. 3Si (质量分 数 , %) )合金等轴初生α含量(φα , 体积分数) 随加热温度 的变化关系见图 1. 由图可以看出 , 加热温度低于 960 ℃时
图 1 TC11 合金加热温度与等轴 α含量的关系 Fig. 1 Correlation between t he volume fraction of equiaxed al2
图 2 常规锻 、近β锻和β锻获得的显微组织 Fig. 2 Optical microstructures developed by conventional forging , near beta forging and beta forging (a) equiaxed microstructure developed by conventional forging (b) tri - modal microstructure developed by near beta forging (c) lamellar microstructure developed by beta forging
本文提出的钛合金高温形变强韧化工艺 (又称近 β锻 造工艺) ,是在相变点以下 10 —15 ℃加热、变形. 为控制变 形温度 , 以坯料的平均相变点确定名义加热温度 , 并采用 金相试样法测定和控制炉温精度. 变形后快淬的锻件经两 次高温加一次低温的强韧化处理后 , 获得由一定数量的等 轴初生α、条状α构成的网篮和转变β基体组成的三态组 织 , 从而克服了以往研究的不足 , 使合金的强度 - 塑性 韧性得以兼顾.
Corres pon dent : Z HO U Y i gang , p rof essor , Tel : ( 029) 8493939 , Fax : ( 029) 8491000 ,
E - m ail : zengjiang @hot m ail . com
Manuscript received 1998 - 05 - 12 ,in revised form 1998 - 08 - 11
1 期
周义刚等 : 钛合金高温形变强韧化机理
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Forging met hod
Conventional Near β β
表 1 TC11 钛合金的室温拉伸性能和热稳定性 Table 1 Room - temperature tensile and t hermal stability of TC11 alloy
ABSTRACT The high - temperat ure deformation st rengt hening and toughening mechanisms have been investigated. It is found t hat equiaxed alp ha p hases in t ri - modal microst ruct ure have no inherent orien2 taion wit h t ransformed beta mat rix , dislocations can easily find t heir slip plane , so t hey give coordination of materials’deformation , and result in higher ductility. The st riat ure alp ha p hases not only increase t he st rengt h and creep properties , but also change t he cracks’propagation directions , t hus cracks make a more winding way along or cross grain boundary between st riat ure alp ha p hases , and materials show a higher f ract ure toughness. This new deformation t heory applies to α,near α, (α+β) and β titanium alloys. KEY WORDS high - temperat ure deformation , st rengt hening and toughening mechanism , t ri - modal microst ruct ure , titanium alloy
Room - emperature tensile property Thermal stability
σb
σ0. 2
δ
MPa MPa
%
ψ 500 ℃, 100 h 500 ℃, 100 h
%
σb
δ
ψ
σb
δ
ψ
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表 2 TC11 钛合金的高温拉伸 、持久和蠕变性能