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纯钛等温加热过程中再结晶晶粒生长行为研究

发布日期: 2015年09月18日 11:26 来源: 铁合金在线


所属铁合金系别: 还原钛 钛材
内容概述: 纯钛及Ti-Al-V钛合金由于具有高比强度、高韧性等优异的力学性能,较低的弹性模量、耐腐蚀,在化...

及Ti-6Al-4V钛合金由于具有高比强度、高韧性等优异的力学性能,较低的弹性模量、耐腐蚀,在化工、航空及医疗领域得到广泛应用,尤其是近年来医疗领域的新型β钛合金设计开发。而目前国内外对钛合金的研究主要针对两相钛合金及新型β钛合金,有关纯钛研究报道较少。

作为单一相多晶体金属材料,除材料本身化学成分的影响外,纯钛的力学性能主要与微观晶粒尺寸及其分布有关,而纯钛的微观组织与其热加工、热处理有关。工业纯钛采用锻轧热加工后进行再结晶退火处理,退火温度一般在600~700℃范围内。科研人员研究纯钛在等温加热过程中再结晶晶粒生长行为,分析讨论等温保温时间对纯钛晶粒尺寸的影响。

实验选用TA3工业纯钛,化学成分(质量分数,%)为:0.22%O、0.002%H、0.022%N、0.013%C、0.17%Fe。原始铸锭经锻轧加工成Φ20mm棒材,作为实验材料。将实验棒材切割成Φ20mm×20mm的金相分析样品,采用马弗炉进行热处理实验,等温加热温度均为650℃,分别保温10min、20min、30min、40min、50min,保温后空冷。

按V(HF∶HNO3∶H2O)=1∶3∶8的酸配比腐蚀实验纯钛微观组织,采用BX51Olympus金相显微镜进行金相分析,采用Image-Pro Plus6.0金相分析软件对不同热处理条件下的样品进行组织晶粒尺寸定量分析。试验结果表明:

(1)实验纯钛在650℃再结晶温度下保温10~50min,保温开始阶段,晶粒尺寸增长速率较慢,一些大晶粒内出现孪晶,随着保温时间进一步延长,晶粒尺寸增长速率逐步提高,晶粒迅速增长,孪晶消失;加热保温50min后晶粒完全等轴,平均晶粒度85μm,较热轧态提高约1倍。并通过金相定量分析可知:随着保温时间延长,纯钛晶粒尺寸趋于较为集中的一到两个晶粒尺寸范围内;

(2)由于热轧态下纯钛不同晶粒间晶格畸变能的较大差异,出现了晶粒竞争生长现象,保温初期晶粒尺寸差异明显;由于晶体内高晶格畸变能,并伴孪生切变,导致晶粒生长过程中原子扩散速率逐步提高,晶粒增长速率增加;进一步研究更长时间的再结晶加热过程发现:由于晶粒晶格畸变能及孪晶的消失,晶粒增长速率逐步降低。

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