超塑钛合金的氢处理技术

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钛及其合金的氢处理技术是材料科学与工程领域一个比较活跃的研究方向。目前,氢处理技术在钛合金的热加工、机械加工、粉末固结、复合材料制备、微观组织细化等研究中得到了应用,已形成一个独特的研究领域。利用氢处理技术改善钛合金的超塑性性能是一个重要的研究方面,至此,许多学者利用氢处理效应改善了铸钛、变形钛合金和钛铝金属间化合物的超塑性性能。

目前,运用氢处理技术提高钛合金的超塑性性能的途径有两种:

(1)利用氢的增塑性效应,在钛合金超塑性成形之前加入适量的氢,提高钛合金中B相的比例,降低超塑性变形时的流动应力,达到改善钛合金超塑性性能的目的。

(2)利用氢处理细化钛合金的微观组织,结合塑性变形技术制备超细晶钛合金,使钛合金在较低的变形温度和较高的变形速率下具有优异的超塑性性能。

现代超塑性变形理论认为,晶界滑移是超塑性变形的主要方式,扩散和晶内及晶界的位错运动是晶界滑移的主要协调机制。在钛合金超塑性成形中,B相以扩散蠕变或位错蠕变为主:A相以晶界滑移为主,通过扩散和位错运动共同协调;A与B两相间的流动以A与B相界迁移来完成。氢在对钛合金超塑性成形中主要起到以下作用:

(1)氢的加入提高了合金元素的扩散能力,导致B相扩散蠕变和A相的晶间滑移的增强。

(2)氢的扩散激活了钉扎的位错,促进了位错的攀移和滑动,提高了B晶粒的滑动能力,有利于A/A晶界滑动所要求的位错协调作用。

(3)氢致弱键效应,降低了扩散激活能,增强了原子扩散能力,改善了超塑性流动能力。

(4)从Ti2H相图上可以看出,氢的加入明显降低了B\A+B转变温度,提高了B相的体积分数,直接导致塑性的提高和流动应力的降低,使钛合金可以在较低的变形温度和较高的变形速率下进行超塑性成形。