合肥工业大学学报论文范文

　　摘要：文章结合Ti-55511钛合金的高温工作环境进行了4组蠕变实验：400℃200MPa、400℃300MPa、500℃200MPa以及500℃300MPa。蠕变后，使用透射电镜实验观察了蠕变后样品的微观组织。结果表明：高温高应力状态下，位错攀移在蠕变过程中占主导地位；在高温低应力或低温高应力状态下，合金蠕变过程主导机制为位错滑移；当温度较低，应力相对较低时，合金蠕变过程中主导机制为晶界扩散机制。

　　关键词：Ti-55511合金,高温蠕变行为,TEM分析,合肥工业大学学报

　　1概述

　　Ti-55511钛合金（原苏联牌号为BT22）是前苏联航空材料研究院（BИAM）在20世纪70年代研制成功的一种高合金化、高强度钛合金。该合金在退火状态下具有很高的强度水平，可达1080MPa，采用强化处理，强度还可达到1300MPa，是现有钛合金中退火强度最高的合金，并且淬透性极佳，截面淬透厚度可达250mm。由于截面厚度不受淬透性限制，可采用普通低成本模锻（在模锻锤上进行）、热模锻和等温模锻等多种工艺生产锻件，因此适合制造飞机大型承力构件。

　　2实验方法

　　2.1参照Ti55511钛合金相关性质及其抗拉强度及屈服强度的数值，试验设计外加应力为200MPa和300MPa；试验设计蠕变温度为400℃和500℃。蠕变持续时间72小时。

　　2.2所用材料为经过锻造及热轧处理后的Ti-55511钛合金棒材，直径为Φ16mm。

　　2.3试样放在RWS高温蠕变试验机上进行试验，实验模式选择为蠕变模式，温度波动设定为100℃。温度稳定时间为5min。恒温加力速度为100N/min。采样频率为10HZ。每个样品试验时间为72h，试验结束后采取水淬。

　　2.4透射电子显微镜观察在TecnaiG2透射电镜上进行，加速电压为200kV。

　　3实验结果及讨论

　　蠕变前的棒状试样晶内和晶界处都有一定量的析出物，部分晶体内有少量的α相析出。有些晶粒内部有一团簇的α相析出物，而有些晶粒内部则比较干净，无α相析出。初始态中位错多呈现随机分布，或是集中于α相中。如图1所示：

　　（1）低温低应力状态下的蠕变微观组织

　　在低温低应力状态下（400℃200MPa）的蠕变后样品内部的白色针状α相较少，在图2中，在晶粒的晶界处积聚了大量位错，大量位错由于晶界的阻碍作用塞积在一起。同时蠕变温度较低，晶界的移动速度较慢，故晶内的变形终止于晶界处，整体的蠕变变形也受到晶界移动的阻碍。故在低温低应力的情况下，合金蠕变主要受到晶界扩散机制的影响。

　　（2）低温高应力状态的蠕变微观组织

　　400℃300MPa状态下的Ti-55511钛合金蠕变后的组织中有较多的马氏体相。其中还分布着位错亚结构，这种淬火α相是变形过程中经过变形热的作用而长大形成的。它的较大结构导致在其周围分布着大量缠结的位错。在b图中，有大量的针状α相，弥散分布的针状α相对位错的运动也有一定的抑制作用。在c图及d图可以看到平行的位错线，在滑移过程受到阻碍而缠结在一起。位错的缠结程度较低温低应力（400℃200MPa）时的情况严重，符合其变形程度较大的情况。综合400℃300MPa状态下的合金蠕变后的组织分析，认为该状态下的合金蠕变过程中弥散的针状α相对位错的滑移有一定的阻碍作用，但是高应力下的位错滑移较快，相比于400℃200MPa下蠕变变形速率要快。因此在400℃300MPa状态下合金蠕变主要受到位错滑移的影响。

　　（3）高温低应力状态下的蠕变微观组织

　　从500℃200MPa蠕变后组织看：位错在晶体内滑移，塞积在相界附近。由于温度较高，次生的α相比400℃析出的细针状α相要粗大。由于变形较大在各种界面处产生摩尔纹，在本实验中，摩尔纹是由于大变形引起晶粒扭转使得相界之间衍射产生的。由此可见，该状态下的变形程度相比400℃下的情况更大，蠕变过程的位错滑移更加严重。

　　（4）高温高应力下的蠕变微观组织

　　500℃300MPa状态下合金蠕变后TEM如图5所示，在该状态下样品中析出了大量的α相，它们由于基体β相分布及受拉应力的关系而呈现出不同位向关系。此处的α相较粗大，对变形不利，故而在该状态下蠕变变形速率较快。在它们的旁边，位错的塞积并不十分严重，某些位错较多的区域放大后，可见到许多类似于一系列平行的位错线，它们包裹着α相，是一种边界位错。由于这些α相的存在，位错滑移至相界处的塞积作用明显，滑移受到的阻碍较严重。当内应力与外应力平衡时就制止了位错源的启动。当塞积群中某一个位错被激活而发生攀移，为了保持应力状态平衡，位错源必须放出一个位错以恢复原来的位错排列。攀移后的位错将继续滑移直至新的界面处塞积，如此反复，蠕变变形也逐渐进行。

　　因此，在该状态下的合金蠕变过程中，位错攀移是主要控制蠕变的因素。

　　结语

　　当温度较低，应力相对较低时，蠕变过程中占主导的机制可能为晶界扩散机制；

　　当温度较高，应力相对较低时及温度较低，应力相对较高时，在蠕变过程中占主导地位的蠕变机制为位错滑移机制；

　　当温度较高，应力相对较高时，位错攀移在蠕变过程中占主导地位。

　　参考文献

　　[1]R.I.Jaffee，in：H.Kimura，O.Izumi（Eds.），TitaniumScienceandTechnology，vol.1，Metall.Soc.AIME，Kyoto，1980，pp.53-74.

　　[2]R.W.Hayes，P.L.Martin，ActaMetall.Mater.43（1995）2761-2772.