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亚稳 β 钛合金热处理显微组织演变和元素再分配行为

646 编辑：中冶有色网来源：张瑞雪,马英杰,贾焱迪,黄森森,雷家峰,邱建科,王平,杨锐

2024-04-16 16:52:58

钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性，亚稳β钛合金因其优异的强韧性匹配被用作关键承载结构材料，在航空航天和海洋领域得到了广泛的应用[1~5] 细化αs片层是提高亚稳β钛合金强度的有效手段，可调整时效温度与时间等热处理参数来调控片层的尺寸[6] 近年来，用ω辅助形核促进αs的析出并细化片层尺寸，受到了极大的关注[7~9] Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr(Ti-5553)合金中的ω与β界面可作为α相的异质形核基底，ω相的长大引起的局部元素偏聚也能促进α相的形核，进而实现αs片层的细化[10, 11] 研究表明，在热处理过程中β稳定元素(如Mo、V、Cr等)向β相中扩散，而α稳定元素Al则向α相中扩散[12~14]，是钛合金中典型的元素再分配行为固相中原子扩散的速率较低且不同元素的原子在不同相中扩散的速率也显著不同，热处理过程中元素的再分配会在α与β两相界面处产生元素的浓度梯度 Huang等[13]的研究表明，在升温过程中，α+β钛合金(Ti-6Al-4V)的中Al元素向α相内聚集并在靠近α与β界面处富集亚稳β钛合金的单相区热处理生成较为粗大的原始β晶粒，有助于提高合金的韧性在随后的冷却过程中β相转变为α相，相变过程必然伴随元素再分配并对β相基体中元素浓度、β相稳定性及后续时效过程中的显微组织演变产生重要的影响因此应该对该过程进行系统研究，为深度优化高强钛合金的力学性能奠定显微组织调控基础 β相的稳定性取决于β稳定元素的浓度，稳定性不同的β相在热处理过程中分解而生成ω、α''和α'等多种析出相[15] 上述相变，显著影响在后续的热处理过程中发生的组织演变本文用电子探针显微分析技术(Electron probe microanalysis, EPMA)表征热处理过程中β与αGB界面附近的元素分布，研究元素再分配及其引起的元素浓度梯度对β基体稳定性和相变的影响，以及Ti-5553-0.6Fe合金的组织演变与元素再分配行为的内在联系 1 实验方法实验用亚稳β合金的名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.6Fe(Ti-5553-0.6Fe) 该合金铸锭经三次真空自耗熔炼制备而成，随后经多次单相区赫和两相区锻造，制备出直径为55 mm的棒材合金的化学成分列于表1 用金相法测出β转变温度为810 ± 5℃ 为了研究不同热处理过程中合金的组

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