氢含量对亚微晶结构合金塑性的影响以及电子照射对此合金的影响

来源:用户上传      作者: 冯博豪

　　摘 要： 形成亚微晶结构能大大改善合金的使用性质，但亚微晶（CMK）结构形成过程中给合金引入氢气。一般用结晶法和电子照射法去氢，就氢对合金塑性的影响，以及照射对合金（Ti-6Al-4V）结构的影响进行论述。
　　关键词： 氢；亚微晶；照射影响
　　中图分类号：TG146.23 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210142－02
　　
　　0 引言
　　钛合金板材Ti-6Al-4V是先经过多步等温锻造，然后在650℃以下辗轧制成，微观上呈现亚微晶粒结构，晶粒大小为0.3μm，这种板材在板平面内各向同性并具有较强的基部组织，其室温下的屈服强度、极限抗张强度以及疲劳极限均是微晶粒板材的1.2～1.3倍。该板材在650～750℃时出现超塑性能，在750～800℃时用这种板材通过超塑成形/扩散连接加工过一个复杂的壳式结构，该结构具有高的微观结构一致性，扩散粘接质量很高。
　　1 氢含量对亚微晶结构合金塑性的影响
　　
　　图1：形成亚微晶结构的合金Ti-6Al-4V（由电子显微镜观察得到）；图2：样品在温度为973k时，电压随材料变形而变化的情况，氢气浓度（%） 1）0.005 2）0.08 3）0.24
　　由图2可知，在通常情况下，Ti-6Al-4V经过两个阶段的硬化，软化以及稳定变形。对于Ti-6Al-4V-0.24Н和Ti-6Al-4V-0.08Н清楚地分成两个阶段而且开始时急剧硬化，曲线斜率很大。对于Ti-6Al-4V-0.005Н除了开始时急剧外，余下变形基本平稳。变形最后可达到500%-600%。至此，我们知道CMK结构含氢量少时，具有良好的可塑性。
　　
　　图3显示，σB与σ0.2开始随温度上升而下降，但在923-973k的温度下变化不明显，此时合金具有超塑性。而且他们的最大值都在200-250K。而氢浓度对Ti-6Al-4V-Н的极限强度σB与屈服点σ0.2的影响开始时并不明显，但随着温度的升高越来越明显，达到923K时影响已经是原来的2-3倍。温度与变形极限δ的关系与温度与极限强度σB相反。从973-1023Kδ先升后降，而且含氢量越低，曲线越高。
　　可运用下面公式计算金属的限制系数。
　　
　　2 电子照射对合金的亚微晶结构的影响
　　以下是Ti-6Al-4V在含氢量为0.24%的情况下照射一小时前后的变化：
　　2.3 合金在5723K照射后
　　1）起始样品；2）J=10uA/cm-2，T=523K；3）J=15uA/cm-2，T=573K；4）J=20uA/cm-2，T=653K；5）J=30 uA/cm-2，T>800K1）起始样品；2）J=10uA/cm-2，T=523K；3）J=15uA/cm-2，T=573K；4）J=20uA/cm-2，T=653K；5）J=30 uA/cm-2，T>800K
　　在图5中显示了温度跟氢气的析出亚微晶结构的Ti-6Al-4V有关联。这是必须考虑的因素，因此单独进行了实验。在图五中显示了合金在电子照射前后的变化。进行了明场和暗场拍摄，并描绘了直方分布图，展现了各大小粒子所占的百分比。第一个分布图以计算得到粒子的平均大小为0.85微米，与后两幅照射后的比较易知，当Ti-6Al-4V受到持续的强光照射时粒子的大小将增大。但仔细观察2.1与2.2知道，亚微晶结构在523K的温度下受到电子照射是受到保护的，只是平均大小由0.85微米变为0.17微米。当温度升高为573K时，氢气的含量经过一小时的照射后减少为0.13%。但得到的粒子平均大小达到了0.21微米。接着进行的实验温度升高到653K，由图5的曲线4得到，氢气含量在照射后从0.24%降为0.17%，但平均大小已经达到0.8-1微米，这说明亚微晶结构已经严重破坏。在T>800K的状态下，图5曲线得到，氢气剩余量少于0.002%，但粒子平均大小变为10微米以上，合金已非亚微晶结构。
　　由此，得出最佳的照射参数为：压强低于10-4Pa,电压在0.5-40千电子伏之间，电流密度为15μA/cm2，温度为523K，照射时间小于一小时。可以先进行重结晶，再进行电子照射，以减少照射时间，减少对亚微晶结构的损坏。
　　3 结论
　　1）σB与σ0.2开始随温度上升而下降，但在923-973k的温度下变化不明显，此时合金具有超塑性。而且他们的最大值都在200-250K。而氢浓度对Ti-6Al-4V-Н的极限强度σB与屈服点σ0.2的影响开始时并不明显，但随着温度的升高越来越明显，达到923K时影响已经是原来的2-3倍。CMK结构含氢量越少，具有可塑性越强。
　　2）亚微晶结构在523K的温度下受到电子照射是受到保护的，只是平均大小由0.85微米变为0.17微米。接着进行的实验温度升高到653K，亚微晶结构将严重受损。
　　
　　
　　
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