制備鈦合金超細晶增強超塑性工藝

鈦擁有高強度質(zhì)量比、高溫下的高強度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定性等一系列優(yōu)越性能而廣受關(guān)注，不過，鈦和鈦合金的傳統(tǒng)用途主要集中在航空航天與航海工業(yè)領(lǐng)域。民用鈦材的制約因素主要在產(chǎn)品成本。鈦的粉末冶金是一種完全不同于其他技術(shù)的鈦零部件生產(chǎn)方法，粉末冶金生產(chǎn)零部件，用的是粉末而不是海綿鈦；粉末冶金可以限制與傳統(tǒng)鈦生產(chǎn)相關(guān)的浪費，不需要真空電弧重熔、電子束熔煉或等離子弧熔煉；粉末可以直接形成任何形狀或軋制成品，減少制造一個零部件所需的原材料，產(chǎn)出更高。這一工藝也可以生產(chǎn)近凈形零部件，減少傳統(tǒng)零部件生產(chǎn)中通常伴隨的浪費，工藝步驟少，提高了產(chǎn)出。不過，粉末冶金也存在一些有待改進的問題，其中最主要的是污染控制問題，任何污染都將使金屬不能適用于高精密零部件。航空領(lǐng)域的高結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)使得粉末冶金鈦合金出現(xiàn)在航空市場面臨重重困難，但它完全可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)要求沒有那么嚴(yán)格的民用領(lǐng)域。其中，最有可能大規(guī)模應(yīng)用的行業(yè)就是汽車行業(yè)。汽車市場很龐大，一旦鈦材在汽車行業(yè)的應(yīng)用得到推廣，其用鈦量將遠遠超過目前的航空、航天市場。

鈦合金的氫技術(shù)以材料本身為出發(fā)點，通過改善材料微觀組織結(jié)構(gòu)的方法，顯著降低了鈦合金的超塑性變形溫度，提高了變形速率，明顯地提高了生產(chǎn)效率。而且該技術(shù)工藝簡單，成本較低，它的成功應(yīng)用將為鈦合金超塑性成形技術(shù)成為一種經(jīng)濟、實用的加工技術(shù)創(chuàng)造有利條件，同時也將攻克制約鈦合金擴大應(yīng)用的瓶頸，大幅度地降低鈦合金零件的制造成本，提高零件的使用性能，為鈦合金的廣泛應(yīng)用提供堅實的基礎(chǔ)。

在制備鈦合金超細晶增強超塑性性能的工藝中，氫不但在熱加工過程中起到了軟化鈦合金的作用,而且對微觀組織、相成分、協(xié)助塑性變形和形成超細晶組織都發(fā)揮了積極的作用。在此工藝中，氫主要有以下幾方面的作用：
(1)氫對鈦合金的軟化作用，降低流動應(yīng)力，利于進行塑性變形。
(2)從B相溫度范圍內(nèi)快冷過程中，獲得具有均勻的高密度位錯的針狀馬氏體，有利于氫化物的形核。
(3)氫的加入降低了鈦合金的相轉(zhuǎn)變溫度，使鈦合金熱加工的溫度低至形成位錯胞結(jié)構(gòu)，利于沉淀相彌散分布。
(4)通過氫的溶解,形成高密度位錯區(qū)域,為再結(jié)晶提供形核的場所。
(5)真空退火過程中發(fā)生等相變,氫化物發(fā)生分解，A相發(fā)生再結(jié)晶，最終形成細小、等軸的兩相組織。
當(dāng)然，超細晶鈦合金晶粒尺寸的控制不僅與氫的作用有關(guān)，還與塑性變形的工藝參數(shù)有關(guān)，尤其是變形溫度和變形量對晶粒尺寸的影響很大，在此不予細述。