亚稳β型Ti-32Nb-5Zr合金在热机械处理中微观组织和力学性能演化

作者：孟庆坤; 张盼; 梅碧舟; 郭洪昌; 庞立娟; 戚继球^*

来源：稀有金属, 2021, 45(11): 1281-1288.

DOI：10.13373/j.cnki.cjrm.XY21100020

• β钛合金
• 热机械处理
• 弹性模量
• 相变
• 微观结构

低稳定性β钛合金在热机械处理中具有丰富的相变行为,可以用来改善材料微观结构和性能。制备出一种Ti-32Nb-5Zr合金,并研究了合金在固溶、冷轧、冷轧退火和固溶退火后的相组成、微观结构和力学性能。固溶态合金由β和α″两相组成,表明合金β稳定元素含量不足,淬火中发生马氏体相变;合金在加载中出现双屈服,第一屈服对应着应力诱发马氏体相变和马氏体变体再取向,屈服应力约为200MPa。冷轧可以显著细化合金晶粒,并引入大量的缺陷,如位错、晶界和相界等,缺陷存在抑制了加载中的马氏体相变,显著提高合金强度,冷轧态合金抗拉强度达到748 MPa;冷轧后马氏体取向发生变化,弹性模量最低的[010]α″晶向往轧向偏转,导致冷轧后合金弹性模量由固溶态的66.5下降到40.8 GPa。冷轧态合金中高密度缺陷为α相提供大量形核点,因此在673 K退火2 h后,合金中存在均匀弥散分布的纳米尺度α相。作为对比,固溶态合金在同样条件退火后的相组成为β和ω相。α和ω相的析出机制不同,通过预处理引入缺陷,可以在随后的热处理中抑制ω相生成并促进α析出。冷轧态的Ti-32Nb-5Zr合金兼具低弹性模量和高强度,在生物医用领域具有良好的应用前景。

• 单位
  物理学院; 攀枝花学院; 北京卫星制造厂有限公司; 中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学