难变形钛合金循环热氢处理室温增塑机理研究

In view of difficult plastic deformation of titanium alloys at room temperature, scientists find that plasticity of titanium alloys can be improved by thermohydrogen processing (THP). However, the results of my preliminary research indicate that THP is difficult to meet the need of common plastic deformation of hard-deformed titanium alloys, although hydrogenation can improve their plasticity obviously. Therefore, cyclic thermohydogen processing (CTHP) is proposed to improve further the room-temperature plasticity of titanium alloys on basis of my previous research, which combines the favorable effect of hydrogen on the room-temperature plasticity of titanium alloys and microstructure refinement of dehydrogenated alloys. In this program, microstructure and mechanical properties at room temperature of titanium alloys treated by CTHP will be investigated by means of material analysis and measurement technology, mechanical properties testing technology and theory analysis. The effects of CTHP and strain rate on room-temperature plasticity of titanium alloys will be disclosured. The plastification mechanism of titanium alloys induced by CTHP will be discussed. The optimal parameters for CTHP and plastic deformation at room temperature will be determined, which are favorable for plastic deformation of hard-deformed titanium alloys at room temperature. This program provides a new method for achieving the aim of plastic deformation of hard-deformed titanium alloys at room temperature, and plays significant roles in theory and application for the replacement in deformation of hard-deformed titanium alloys from hot deformation to cold deformation.

鉴于钛合金在室温下塑性加工困难，科学家研究发现热氢处理技术可以改善钛合金的室温塑性，但申请人的前期研究表明对于难变形钛合金，虽然置氢可以显著提高其室温塑性，但仍难以满足其一般室温塑性加工的要求。因此，本项目在前期研究的基础上，将氢对钛合金室温塑性的有益作用和除氢后钛合金的组织细化两者结合起来，提出了一种用以进一步改善难变形钛合金室温塑性的新方法- - 循环热氢处理。本项目采用材料分析测试技术、力学性能测试技术以及理论分析等对循环热氢处理钛合金的微观组织和室温力学性能等进行研究，揭示循环热氢处理工艺和应变速率等对钛合金室温塑性的影响规律，阐明钛合金循环热氢处理室温增塑机理，并制定利于钛合金室温塑性加工的最佳循环热氢处理工艺和最佳室温塑性加工条件。本项目的研究为实现难变形钛合金的室温塑性加工提供了一种新的途径，对于将难变形钛合金的加工由热塑性加工改为室温塑性加工具有重要的理论意义和实际的应用价值。

钛合金具有比强度高等优点，在航空航天等领域得到了广泛的应用。针对钛合金室温塑性低的问题，本项目提出了一种改善钛合金室温塑性的方法。本项目研究了钛合金的循环热氢处理工艺，包括置氢处理和除氢处理等，获得了置氢工艺参数对钛合金氢含量的影响规律，分析了钛合金的置氢过程，建立了钛合金置氢过程的理论模型，分析了置氢钛合金的除氢过程；研究了循环热氢处理工艺对钛合金微观组织的影响规律，揭示了其演变机理；研究了不同的循环热氢处理工艺和应变速率对钛合金室温塑性等室温力学性能的影响规律，建立了合金的本构模型；研究了不同初始组织的钛合金循环热氢处理后的室温力学性能变化规律；研究了钛合金循环热氢处理室温压缩变形后的微观组织；阐明了钛合金循环热氢处理室温增塑的微观机制，制定了利于钛合金室温塑性加工的最佳循环热氢处理工艺和室温塑性加工条件。项目研究发现，当置氢温度较低时，合金的吸氢量很少，随着置氢温度的增加，合金的吸氢量逐渐增加，但增幅较小。当置氢温度超过500℃时，合金的吸氢量急剧增加，在550℃时，合金的吸氢量达到最大值，之后随着置氢温度的增加，合金的吸氢量又逐渐下降。随着氢压的增加，氢含量几乎成线性增加。随着保温时间的增加，氢含量先快速增加，后基本保持不变。钛合金吸氢过程实际上是一个扩散过程，氢由钛合金表面逐渐扩散到合金的内部。置氢合金在750℃左右时失重率最高。循环热氢处理可以改善钛合金微观组织，细化晶粒。循环热氢处理可以提高钛合金的室温极限变形率，置氢2次合金的极限变形率比未置氢合金增加了22.1%，比置氢1次合金提高了4.7%。钛合金的原始组织、热氢处理工艺和变形条件等都会影响置氢钛合金的室温塑性等力学性能。本项目的研究为提高钛合金的室温塑性提供了一种新的途径，对于实现钛合金的室温塑性加工具有重要的理论意义和实际的应用价值。