​浅谈钛及钛合金金相组织

钛合金狗眼 2025-02-21 17:27:52

说起金相组织,大多数人们不清楚是什么意思。我认为金相组织就相当于金属材料的基因图,对于不同的金属材料有不同的金相组织。

提到“相”,首先想到的是晶格结构、原子排列方式的不同,构成了不同的相,对它的描述准确、科学,没有任何似是而非的东西。"组织",反映的是金属显微结构的一种影像形态,对它的判断带有一定的主观性,只有定性的描述,没有精确、科学的定义。

钛合金主要由两种相组成:α相(密排六方结构)和β相(体心立方结构)。在相变过程中,β相向α相转变(β→α)和α相向β相转变(α→β)是常见的相变类型。以TC4(Ti6Al4V)钛合金为代表的α+β双相钛合金的组织复杂多样,包括双态组织、魏氏组织、等轴组织、网篮组织等,具有不同的力学性能特征。

双态组织:在两相区上部温区变形,或在两相区变形后重新加热至两相区上部温区后空冷,均可得到双态组织。其特征是在β转变组织中分布有孤立的初生α颗粒,体积分数一般低于50%。双态组织是指α相同时有两种形态,即等轴状初生α相和β转变组织中的片状次生α相。双态组织钛合金具有较高的疲劳强度和塑性,与等轴组织相似,双相钛合金多数情况下均为此两种组织。两种组织的性能差异主要是因为初生α相数量的差别所致。双态组织和等轴组织的断裂韧性及高温性能劣于魏氏组织和网篮组织。初生α相数量对双态组织性能有一定影响,随初生相数量增加,断面收缩率和疲劳极限增大,强度变化不明显,而蠕变抗力及持久强度下降。当初生相数量达到一定比例后,断面收缩率增变化不明显。

魏氏组织:塑性低,强化热处理后则进一步恶化。但其断裂韧性明显优于等轴组织,这是因为晶界α相的存在,降低了晶间断裂倾向,同时因α片取向不同,导致裂纹沿α相和β相界面扩展时,不断改变方向,增加裂纹扩展路径,从而抑制裂纹扩展。另外,魏氏组织蠕变抗力及持久强度较高,这是由于其原始晶粒粗大所致。魏氏组织的持久强度与次生α相数量及分布状态密切相关,如果片状次生α相数量少及分布不够弥散时,魏氏组织的持久强度反而降低。

等轴组织:双相钛合金在低于β相变点30℃~50℃的两相区变形,可获得等轴组织。其特征在于含量超过50%的等轴α初生晶粒组织中分布着一定数量的β转变组织。变形温度越低,初生α相数量越多,同时位错密度升高。随着变形温度降低、变形量增大,基体组织再结晶不充分,导致α晶粒及β转变组织沿变形方向拉长。变形组织重新进行两相区再结晶退火,上述组织可变为等轴组织。当变形温度足够低,β相足够稳定,冷却时不会发生相变,其形态近似为颗粒状。若加热温度高至两相区上部温度,冷却速度足够慢,则次生α相沿初生α相边界析出并相互连接,此时β相在α晶界分布,呈不规则形态。等轴组织和双态组织的性能特点相似,与魏氏组织相反,仅随初生α相数量变化而有一定差异。

网篮组织:双相钛合金在β转变温度附近变形,或在β单相区开始变形、终止变形温度在两相区且变形量50%~80%时,一般得到网篮组织。其特征是变形过程中原始β晶粒边界被破坏而不出现,或产生少量的颗粒状晶界α,原始β晶粒内的α片变短,且各片交错排列,呈编织网篮状。网篮组织塑性较高,通常可满足使用要求,疲劳性能也较高,但断裂韧性较低。

钛及钛合金得到满意金相组织是个是个比较麻烦的过程,为了得到能满足客户需求的产品。我们需要对各个生产过程严格控制。例如:真空熔炼,锻造,热处理等重点工艺。任何一点都需要重点关注。我们需要严格执行工艺的要求,还要遵守质量体系的要求,才能保证最终的结果能达到最佳的结果。

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