鈦及鈦合金表面納米化及其熱穩(wěn)定性.pdf

1、本文采用超音速微粒轟擊（supersonic fine particles bombarding，SFPB）技術(shù)對(duì)純鈦(TA2)和鈦合金(TC4)進(jìn)行了表面納米化處理，然后對(duì)其進(jìn)行不同溫度和時(shí)間的退火。利用金相顯微鏡(OM)、X-射線衍射儀(XRD)、高分辨透射電鏡(TEM)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)、顯微硬度計(jì)和差熱分析(DTA)等分析測(cè)試方法，研究純鈦和鈦合金SFPB處理退火前后表層組織結(jié)構(gòu)和性能的變化規(guī)律，結(jié)果表明:
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2、.經(jīng)SFPB處理后，在純鈦(TA2)和鈦合金(TC4)表層均形成了隨機(jī)取向的等軸納米晶粒，并隨噴丸時(shí)間的增加，晶粒尺寸逐漸減小。純鈦(TA2)在噴丸30 min后晶粒尺寸趨于穩(wěn)定，在表層形成了大約220μm的變形層，其中強(qiáng)烈變形層約為50μm，最表層平均晶粒尺寸約20 nm。鈦合金(TC4)在噴丸60 min后，表層形成了大約150μm的變形層，其中強(qiáng)烈變形層約30μm，最表層平均晶粒尺寸約15nm。
　　2.試樣表面顯微硬度隨S

3、FPB處理時(shí)間延長(zhǎng)明顯增加。TA2試樣SFPB處理為30 min時(shí)，硬度趨于穩(wěn)定，約為510 HV，大約提高到基體硬度(163 HV)的三倍。TC4經(jīng)SFPB處理60 min后，硬度趨于穩(wěn)定，由原來(lái)的340 HV提高到了678 HV，提高了近1倍。TA2和TC4二者均隨著距表面距離的增加，顯微硬度值逐漸下降，直至與基體硬度相同。
　　3.納米晶的形成過(guò)程與機(jī)制:SFPB處理過(guò)程中，純鈦(TA2)和鈦合金(TC4)均以位錯(cuò)滑移和孿生

4、兩種方式變形。塑性變形時(shí)，首先發(fā)生位錯(cuò)的滑移，隨著變形量的增加，位錯(cuò)密度增加并發(fā)生塞積現(xiàn)象，引起應(yīng)力集中，從而誘發(fā)孿生變形。孿生變形隨著變形量的增加，孿晶形變逐漸由單系變?yōu)槎嘞担⑼ㄟ^(guò)孿晶與孿晶的相互交割作用，使孿晶尺寸不斷細(xì)化。同時(shí)，由于應(yīng)變量增加，位錯(cuò)密度增加形成位錯(cuò)墻，并逐漸演變成位錯(cuò)包，位錯(cuò)包通過(guò)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶逐漸形成位錯(cuò)組成的亞晶粒，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為具有大角度晶界的納米晶。并通過(guò)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)逐漸形成納米級(jí)的大角度晶界。
　　在強(qiáng)烈變

5、形過(guò)程中，α和β兩相的納米化的速度并不一致，α相的納米化進(jìn)程要比β相快。因此，在相同的噴丸條件下，TA2比TC4獲得的變形層厚度要深，晶粒的尺寸變化要大。
　　4.純鈦(TA2)經(jīng)SFPB處理后當(dāng)?shù)陀?00℃時(shí)退火時(shí)，組織結(jié)構(gòu)具有良好的熱穩(wěn)定性，晶粒尺寸保持100 nm以下;當(dāng)退火溫度高于500℃時(shí)，表面組織發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶，其晶粒顯著長(zhǎng)大(＞100nm)。而鈦合金(TC4)經(jīng)SFPB處理后，當(dāng)退火溫度在750℃時(shí)，表面晶粒尺寸

6、變化不大，其尺寸＜50 nm。因而，在此溫度納米組織結(jié)構(gòu)具有很好的熱穩(wěn)定性，這將為隨后的表面化學(xué)熱處理提供有利的條件;當(dāng)退火溫度高于800℃時(shí)，表面組織發(fā)生了回復(fù)與再結(jié)晶，其晶粒顯著長(zhǎng)大約為1μm，但要比原始晶粒尺寸?。ㄔ季Я３叽鐬?-10μm）。
　　與退火溫度相比，退火時(shí)間對(duì)納米化后的組織和硬度影響較小。
　　5、經(jīng)過(guò)SFPB處理后的TC4比TA2顯示出具有更高的熱穩(wěn)定性。主要原因是:TC4中合金元素的加入不僅可釘扎晶