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不同顯微組織結(jié)構(gòu)對合金力學(xué)性能的影響?
顯微組織對室溫強度和塑性的影響
一般認為,隨著初生 α 相含量的增加,合金的強度會下降,而塑性則會提高。因此,從等軸組織到雙態(tài)組織再到片層組織,合金的塑性逐漸降低,強度逐漸升高。在不同組織狀態(tài)下,TC4合金的室溫力學(xué)性能表現(xiàn)有所不同,見表(1)。

顯微組織對斷裂韌性和裂紋擴展速率的影響
通過大量研究,已得出一些關(guān)于組織對鈦合金斷裂韌性和裂紋擴展速率影響的規(guī)律。通常,在 β 區(qū)變形或 β 區(qū)熱處理獲得的片層狀組織結(jié)構(gòu),能夠提供更高的斷裂韌性和抗裂紋擴展速率。這是因為原始 β 晶界和 α 集束的影響,使裂紋容易分叉并形成次生裂紋,因此裂紋在片狀組織中的擴展路徑更為曲折,從而增加了裂紋的總長度,消耗更多的能量。兩種典型組織狀態(tài)下,TC4合金的性能見表(2),而不同組織狀態(tài)下,TC11合金的性能見表(3)。

表(2) 兩種典型組織狀態(tài)下TC4合金的性能

表(3) 不同組織狀態(tài)下TC11合金的性能
顯微組織對合金熱強性的影響
鈦合金的熱強性是指材料在高溫下抵抗變形的能力,通常關(guān)注的性能包括高溫下的瞬時強度、持久強度和蠕變強度。研究表明,片狀組織的熱強性優(yōu)于球狀組織。當晶粒尺寸增大并且晶粒結(jié)構(gòu)從球狀轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑺顣r,持久強度首先增加然后降低,而合金的抗蠕變能力隨著 β 晶粒尺寸的增大而提高。在鈦合金的四種典型組織形態(tài)中,網(wǎng)籃組織的熱強性最強,具備最佳的高溫拉伸強度、持久強度和蠕變強度綜合性能,其次是魏氏組織,而等軸組織的熱強性最差。TC11合金的熱強性與組織類型的關(guān)系見表(4)。

表(4) TC11合金的熱強性與組織類型的關(guān)系
組織對疲勞性能的影響
在對稱循環(huán)高頻應(yīng)力作用下,光滑試樣的疲勞強度與組織類型密切相關(guān)。研究表明,等軸組織的疲勞強度優(yōu)于片狀組織,同時,組織越細小,疲勞性能越好。在四種典型組織狀態(tài)中,等軸組織的疲勞性能最好,其次是雙態(tài)組織,再次是網(wǎng)籃組織,魏氏組織的疲勞性能最差。表(5)展示了不同組織對TC6合金疲勞性能的影響。
