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1、1 知知识识点点讲讲义义 授课题目 第 4 章 钛合金的相变及热处理 知识点 3 时效过程中亚稳定相的分解 教学目的 和要求 理解时效过程中亚稳定相的分解 教学重点 时效过程中亚稳定相的分解 教学难点 无 教学进程 教学内容、教学设计、教学过程 教学目标教学目标 1：时效过程中亚稳定相的分解 教学内容及过程设计：钛合金淬火形成的亚稳相 、及过冷相，在热力学上是不稳定的，加热时会发生分解，其分解过程比较复杂，不同的亚稳相的分解过程不同，同一亚稳相因合金成分和时效规范的不同分解过程也有所不同。但最终的分解产物均为平衡组织+。若合金有共析反应,则最终产物为+TixMy,即 在时效分解过程的一定阶段,
2、可以获得弥散的+相,使合金产生弥散强化,这就是钛合金淬火时效强化的基本原理。教学目标教学目标 2：马氏体的分解过程 教学内容及过程设计：马氏体分解存在多种不同的分解过程,这是因为马氏体分解的机制受许多因素影响,如马氏体本身的成分、合金 元素的性质、淬火组织中与马氏体共存的相以及热处理规范等因素。这些因素变化时,马氏体的稳定性和分解过程随之发生变化。对成分不同的钛合金,应制定适当的热处理工艺,使马氏体分解后获得弥散的+组织,即可产生很大的强化效果，这就是钛合金淬火时效强化的基本原理。(1)六方马氏体的分解 根据合金的性质，相有三种分解方式：+,过渡相+TixMy，+TixMy 含同晶元素的钛合金
3、按+方式分解,从相中直接析出,在相界及 内部孪晶界面上下均匀形核。当合金浓度较低时，基体可发生再结晶，消除针状的组织形态。当合金浓度较高时，沿相边界析出，形成连续片层状,阻止相发生再结晶,保留针状 的形态。含活性共析元素的钛合金按 过渡相+TixMy 方式分解,其时效分解过程与铝合金时效分解相似,2 先形成与母相共格的富集 GP 区,然后析出化合物 TixMy。这一时效分解过程进行得十分缓慢，在一般时效处理后组织仍为+相。(2)斜方马氏体的分解 马氏体在 300400即发生快速分解，在 400500可获得弥散度高的+混合物，使合金弥散强化。马氏体在分解为最终的平衡状态产物+(Ti-同晶型合金)
4、或+TixMy(Ti-共析型合金)之前,要经过一系列复杂 的中间过渡阶段。不同成分及状态的合金，其斜方马氏体“分解的具体过程不同。第一种分解过程是先从析出亚稳相(非平衡成分),使 中的稳定元素贫化,转变成贫,然后转变为,最后转变为，即 第二种分解过程是先从析出相,使 中的 稳定元素富化，变成富，然后转变为亚,最后转变为,即 第三种分解过程是先在 形成稳定元素富化区及稳定元素贫化区。富化区转变为非平衡的亚稳相,再转变为平衡成分的相，即 第四种分解过程是发生 马氏体的逆转变，变为亚稳的 相，亚稳相分离为合金元素的富集区及贫化区，并作进一步转变，即 教学目标教学目标 3：相的分解 教学内容及过程设计
5、：相实际上是稳定元素在-Ti 中一种过饱和固溶体，其在回火时发生的分解过程与上述 的分解过程基本相同。分解过程也受相本身的成分、溶质组元的性质、回火前的组织和热处理规范等因素的影响，其分解的最终产物是+相。实验发现，相可能以下面几种形式析出：相在原来晶界和/相界上不均匀形核,长大并吞食相;相先溶解，然后从相中析出相;延长时效时间或提高时效温度,相逐渐失去稳定性而直接转变为相或 相。教学目标教学目标 4：亚稳相的分解 1.亚稳相的分解过程也很复杂。当加热温度较低时,相将分解为无数极小的溶质原子贫化区与其相邻的溶质原子富集区;随着加热温度升高或加热时间延长，则视相化学成分不同从溶质原子贫化区中析出
6、相或相，并最终形成+相组织。由于相是在贫中形核长大的，贫髙度弥散,故只要控制适当的加热工艺,就可获得高度弥散的+相组织,从而提高合金的性能。2.依据合金的成分及时效规范,亚可能按下面几种方式分解,即3 含共析型稳定元素的合金,最终平衡组织为+TixMy。3.合金浓度较低的合金在高温(500)时效时,亚稳相按第一种方式分解,从亚中直接析出。合金浓度较高的合金在低温(300 400 )时效时,亚稳相按第二种方式分解,经过中间过渡相,并逐步转变为平衡组织+相。对合金浓度高或添加抑制形成元素的合金,当过渡相不能出现时,合金按第三种方式分解,先形成过渡相。过渡相的形状是尺寸极小的粒子,具有与亚稳相相同的
7、晶体结构,然后再转变为平衡组织+。4.由于平衡的相是在相的溶质原子贫化区的位置上形核析出,而溶质原子贫化区均匀地分布在整个基体上,所以可以利用低温回火细化或控制合金的组织,改善合金的力学性能。5.时效过程中形成的过渡相,其结构和性能与淬火形成的相相似,但时效时形成过渡相的转变伴随有成分的变化,因此,它属子扩散型转变。6.沈桂琴等采用透射扫描电镜及 X 射线衍射分析较系统地研究了 Ti-15Mo-2.7Nb-0.2Si 钛合金中亚稳相在时效过程中的分解特性,并建立了相应的时效动力学转变图。研究结果表明,在 500以上时效,相直接析出次生相,该温度以下,先析出过渡相,再逐步过渡到平衡相。7.Ti-
8、15Mo-2.7Nb-3A1-0.2 Si 钛合金区水淬过程中发生转变,并伴随轻微的硬化效应。在 500 以上的高温时效过程中,亚稳相内直接析出相;该温度以下的 低温时效优先形成过渡相,随后再逐步向平稳相过渡。Ti-15Mo 2.7Nb-3A1-0.2 Si 合金在正常处理的固溶状态和时效组织中均存在硅化物质点,尺寸为 0.20.5m。8.Ohmori Yasuya 等研究了亚稳钛合金中，相对及 转变的影响。1000 固溶处理后,300 保温 100min,合金的显微组织为均匀分布的球状相。温度升高,相发生聚集。350 以上板条状的相形核并向基体和相内扩展，相减少。所以,/界面保持着 Takemoto 位相关系，/保持着 Burgers 位相关系,在/界面形成的板条状的相的取向是唯一确定的。合金在相区直接淬火,马氏体将在界面优先形核,在 600300 时，短时间保温就可加速马氏体形成，但是相的出现将延缓马氏体形成。