ω相辅助形核复合β细晶方法制备超高强度β钛合金显微组织演变规律及其调控机制

The secondary α phase in β titanium alloy can be refined and well-distributed by isothermal ω-assisted nucleation method, and then improves the strength, hardness, elastic modulus and fatigue performance of β titanium alloy in aging state. However, research on this field was carried out just in recent years and the related technologies and theories are extremely rare. The regularity of ω-assisted precipitation behavior on secondary α phase and the control mechanism of microstructures need urgently studying, especially. In addition, the plasticity of β titanium alloys reduces when strengthening by. Studies prove that the plasticity of the β titanium alloy in aging states can be improved by the refinement of the β grains. Therefore, in order to improve the level of comprehensive mechanical properties matching, this project proposes combine the ω-assisted nucleation technique and β grain refinement to strengthen alloy, and enrich and perfect the technology and theoretical system of ω-assisted nucleation technique. To further understand the precipitation conditions and rules, and then establish the controlling mechanism of isothermal ω phase. Revealing the influencing laws of isothermal ω precipitation behavior on α phse, and clarifying the strengthening mechanism of the alloy.

采用等温ω相辅助形核技术可以使β钛合金获得更加细小均匀的次生α相组织，从而提高时效态合金的强度、硬度、弹性模量以及疲劳性能等。然而关于这方面的研究只是近几年来才得以开展，相关技术及理论研究成果较少，尤其是缺乏关于等温ω相的析出行为生α相显微组织的影响规律及其调控机制方面的研究。另外，采用等温ω相辅助形核技术在一定程度上会降低β钛合金的塑性。研究证明，时效态β钛合金的塑性可以通过β晶粒组织的细化而得到改善。因此，为丰富和完善β钛合金等温ω相辅助形核技术和理论体系，同时针对采取此项技术导致的β钛合金塑性下降问题，本申请项目提出联合采用等温ω相辅助形核复合β细晶方法制备超高强度β钛合金，以提高其综合力学性能匹配水平，进一步掌握等温ω相析出条件及规律，建立等温ω相的析出控制机制，揭示等温ω相的析出行为对α相显微组织的影响规律，阐明合金的强化机理。

采用等温ω相辅助形核技术可以使β钛合金获得更加细小均匀的次生α相组织，从而提高时效态合金的强度、硬度、弹性模量以及疲劳性能等。然而关于这方面的研究只是近几年来才得以开展，相关技术及理论研究成果较少，尤其是缺乏关于等温ω相的析出行为生α相显微组织的影响规律及其调控机制方面的研究。另外，采用等温ω相辅助形核技术在一定程度上会降低β钛合金的塑性。研究证明，时效态β钛合金的塑性可以通过β晶粒组织的细化而得到改善。因此，本项目首先系统的研究了合金的细晶组织制备工艺，通过大变形量冷塑性成形及短时退火方法，使近β钛合金获得了22μm左右的细晶组织，使亚稳β钛合金获得了低于10μm的晶粒组织。其次，研究了升序双级时效工艺对近β钛合金显微组织演变及对力学性能的影响。对经过低温预时效后的合金，进行高温度再时效时。结果发现，相比于单级时效工艺，通过ω相辅助形核可以有效细化显微组织中的次生α相尺寸，提高次生α相析出体积分数。同时，ω相辅助形核工艺能够显著提升合金强度，并且合金的强度随着低温预时效时间的延长和低温预时效温度的升高而提高，最高可达到1850MPa。另外，对合金时效硬化曲线研究发现，通过升序双级时效可以提高合金的硬度，并且加快合金的硬化速度。