TC4钛合金显微组织特性

发布时间: 2019-10-29 22:54:08    浏览次数:

众所周知,材料的力学性能取决于其显微组织,不同的显微组织对应于不同的力学性能。钛合金的组织是由α相和β相构成,钛合金的力学性能和使用性能在一定程度上取决于 α相和β 相的比例、形态、尺寸和分布,而 α相和 β 相的形态及分布与铸造工艺及热处理过程有着直接的关系,变化十分复杂。就两相钛合金而言,一般可分为四类:

(1)等轴组织

如图 1(a)所示,等轴组织的特点是含有均匀分布的等轴初生 α 相和一定数量的 β 转变组织,α 相的含量在 30%以上。等轴组织一般是合金在 β 转变温度以下 30~100℃加热,经过充分的塑性变形和再结晶退火才能形成,加热温度越低,变形量越大,等轴 α 相含量越多。等轴组织的抗疲劳性、抗缺口敏感性和热稳定性好,具有最大的室温塑性,和最好的伸长率和断面收缩率,但其在持久强度、断裂韧性及高温蠕变方面略显劣势。

(2)网篮组织

如图 1(b)所示,网篮组织的特点在 β 转变基体上分布着交错编织成网篮状的片状α组织,原始β晶粒边界和晶界α不同程度地被碎化。网篮组织具有高持久强度和蠕变强度,但其塑性和热稳定性较低。

(3)魏氏组织

如图 1(c)所示,魏氏组织的特点是原始 β 晶粒晶界清晰完整,有连续的晶界 α 镶边,在 β 晶粒内有细长平直、互相平行的片状 α 相 。魏氏组织具有最高的持久强度、蠕变强度以及断裂韧性,但其塑性低,断面收缩率差。

(4)双态组织

如图 3-1(d)所示,双态组织的特点是 β 转变基体上分布着等轴初生 α 相,α相的含量一般不超过 30%。双态组织的抗疲劳性好、具有较高的微裂纹扩展抗力,相对于魏氏组织,双态组织的塑性有所改善,但其高温性能和断裂韧性较差。

钛合金组织图

TC4钛合金是典型的等轴马氏体型(α+β)两相钛合金,其化学成分如表1。其中 Al 对 α 相具有显著的固溶强化作用,增加固溶体中原子间的相互作用力,提高钛合金的强度和弹性模量;V 对 β 钛有固溶强化作用,在提高钛合金的强度的同时还能保持良好的塑形,在平衡状态下,TC4钛合金含有 6%的 α 相稳定元素 Al 和 4%的 β 相稳定元素 V。两相的形态和分布与锻造工艺有关,采用不同的锻造工艺,获得的材料组织有一定的差异,变化十分复杂。经过充分的塑性变形及再结晶退火的合金等轴 α+β 组织,α 相为基体,β 相分布在 α 相相边界处,均呈等轴或多边形。合金经过较高温加热冷却时,形成 α+β 组织,由白色等轴状的α 相和多边形片层状的 β 转变组织构成。

TC4钛合金化学成分

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