TC11钛合金等温相变行为及强韧化热处理工艺

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1、硕士学位论文TC11钛合金等温相变行为及强韧化热处理工艺ISOTHERMALTRANSFORMATIONBEHAVIORANDSTRENGTHINGANDTOUGHENDINGHEATTREATMENTPROCESSOFTC11ALLOY姚梦哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文TC11钛合金等温相变行为及强韧化热处理工艺硕士研究生：姚梦导师：刘勇副教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassiClassifie

2、dIndex:TG146.2U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinScienceISOTHERMALTRANSFORMATIONBEHAVIORANDSTRENGTHINGANDTOUGHENDINGHEATTREATMENTPROCESSOFTC11ALLOYCandidate：YaoMengSupervisor：AssociateProf.LiuYongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：MaterialsScienceAffiliation：SchoolofMat

3、erialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要TC11钛合金作为α+β型高温钛合金，可在500℃下长期使用，具有良好的热强性，几乎应用于所有型号的航空发动机。α+β型钛合金在实际热加工过程中极易产生粗大的片状魏氏组织，综合性能差，限制了其服役性能。对合金进行相图热力学计算，发现500℃以上，α相开始向β相转变，但转变速率很慢，700℃以上转变速率加快，计算得到两相达热力学平衡时所

4、对应的温度为994℃，从而确定了α→β相变的温度区间，为热处理工艺制定过程中温度的选择提供参考依据。合金在700℃以上、相变点以下进行等温相变实验，得到700℃、800℃、900℃、950℃下相转变达到平衡的时间分别为180min、150min、90min、40min，并基于Avrami方程建立了不同温度下α→β等温转变动力学模型，为热处理工艺制定过程中时间的选择提供依据。依据热力学与动力学研究结果，对合金进行单重热处理，发现无法根本改变规则排列、取向一致的α片层，但可使组织在一定程度上碎化，单重热处理可提高合金的强度，但降低其塑韧性。对合金进行双重热处理，得到T1、t1、T2

5、、t2四个变量对组织的影响，双重热处理可改善合金各项力学性能，995℃/60min/WQ+980℃/60min/AC为最优工艺。合金经5次循环热处理后，室温综合性能最佳。原始态合金的高温拉伸力学性能：200-300℃时韧性最佳，600℃时塑性最好，400℃下塑性最差。200-600℃变形过程中，随应变量增加，加工硬化指数减小，合金的加工硬化行为可采用修正后的Ludwik模型进行表达，与Holloman关系中n值相当的加工硬化指数随温度的升高逐渐增加，这是由于温度高使合金中β相的含量增多，导致合金的均匀塑性变形能力增强。原始态合金在试验温度范围内进行热变形，软化机制为动态回复。不

6、同热处理态合金在500℃下的高温拉伸性能：单重热处理后，合金强度提高最大，塑性降低，综合性能下降；双重热处理后，合金强度提高较大，塑性有所提高，综合性能提高较大；循环热处理后，合金强度有所提高，对塑韧性提高最明显，综合性能的提高最大。热处理态合金在500℃下，随应变量增加，加工硬化指数减小，其加工硬化行为符合修正后的Ludwik模型。随热处理步骤增多、时间延长，均匀塑性变形能力增强，这与β相含量的增加有关。500℃下热处理态合金的热变形软化机制为动态回复，且随热处理步骤增多、时间延长，动态回复的临界应变值逐渐减小。关键词：TC11钛合金；等温相变；热处理；显微组织；热变形本构方

7、程-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsalpha+betatitaniumalloy,TC11canbeusedat500℃foralongtime,withgoodthermalstrength.Itisnearlyappliedtoalltypesofaeroengines.Alpha+betatypetitaniumalloyisextremelyeasytogetthicksheetofWidmanstattenstructureintheactualtherma