TC4钛合金形成和变化规律

TC4钛合金的固态组织在不同条件下的形成和变化规律。由于纯钛具有两种同素异晶体，因此其固态相变类型繁多，性质复杂，远超过铜、铝、镍等其他有色金属。概括起来，TC4钛合金的固态相变可归纳为3大类：在一般连续加热和冷却条件下进行的同素异晶转变；在淬火过程中发生的非扩散性转变，即马氏体α’、α“和ωa相的形成；各种亚稳相的分解，即亚稳β相、过饱和的α相和马氏体在等温或时效处理中的沉淀过程

TC4钛合金淬火转变包括切变型马氏体转变和位移控制型转变两个方面，其形成条件与合金中β稳定化元素含量有直接关系。图2为TC4钛合金固态相区示意图。α型和低浓度的α+β型合金，自β相区淬火，发生口β→α´马氏体转变，α´具有六方结构和遵守伯格斯取向关系，形态上依据合金性质有板条状和针状马氏体两种。前者内部包含高密度位错，后者包含孪晶结构。α´为置换型过饱和固溶体，只伴随适度硬化。随着合金浓度提高，对于含钼、铌、钨和铝75钒的TC4钛合金，淬火时可能形成正交结构的α´´马氏体，其形态与α´十分相似。正交马氏体α´´是从体心立方至密排六方切变过程不完全的一种中间结构状态。α´´的硬化作用更其微弱。图3为Ti-6A1-4V合金中的针状马氏体α´和Ti-10V-2Fe-3AI合金中的淬火应力诱发马氏体α´´。

TC4钛合金同素异晶转变产物保持着强烈的组织遗传性。连续冷却后形成的魏氏组织，若重新加热至β相区，α相将转变成原始取向的β相，再冷却，则又形成固有的魏氏结构。这种组织往往伴有粗大的原始β晶粒和网状晶界α，相应的拉伸塑性和疲劳性能较差。为改变这种状况，获得细等轴组织或双态组织，形变再结晶是最有效的途径，这也说明为何热加工变形在决定TC4钛合金组织状态方面占据重要地位。

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