本技术介绍了一种创新的超细晶异构亚稳β钛合金制备方法,属于异质结构亚稳态钛合金技术领域。该方法利用多道次室温轧制和部分再结晶退火工艺,成功制备出具有超细晶异质结构的高性能钛合金材料。
背景技术
亚稳β钛合金具有低杨氏模量、高延展性以及优异的冷加工性能等特点,是航空航天和武器装备等领域重要的轻量化结构材料。然而,与传统的α和α+β钛合金相比,相对较低的强度阻碍了亚稳态β钛合金的商业应用,并且随着新一代民用大型客机以及远程战略轰炸机的发展,对亚稳β钛合金提出了更高的要求,开发具有高强度和良好延展性的下一代亚稳态β钛合金是最近材料研究的前沿。
亚稳β钛合金决定了β相的亚稳特性,变形过程中存在相变诱导塑性(TRIP效应)的倾向,而非仅滑移,利用TRIP效应已经被证实可提高加工硬化率和延展性,但仅依靠TRIP效应通常很难以获得高强度。然而传统强化方式的一个内在缺陷是强度-延展性权衡的困境,例如第二相的引入可以提高合金的屈服强度,但会显著损害合金的加工硬化率和延展性,进而制约了结构件的安全服役。
近年来,许多工作致力于设计不同微观组织结构来克服材料强度-延展性权衡的困境,以获得高强度、高加工硬化率和良好延展性的材料。例如设计具有嵌入超细颗粒基质中的大尺寸薄片异质材料,以及其他复杂的分层结构。与传统均匀相对应的材料相比,具有超细晶异质特征的材料可以表现出高强度、高加工硬化率和良好的延展性,这是因为异质结构利用“软”区(低位错密度部分)和“硬”区(高位错密度部分)在耦合非均匀塑性变形过程中产生的异构变形诱导(HDI)强化效果。
因此,基于异质结构材料的设计理念,在具有显著TRIP效应的亚稳β钛合金中制备超细晶异构组织耦合HDI强化效应,有望在亚稳β钛合金中实现高强度和优异的延展性。我们在具有显著TRIP效应的亚稳β钛合金中制备超细晶异构组织耦合HDI强化效应,旨在通过晶界强化、位错强化、沉淀强化来提高合金的强度,并维持材料的延展性,然而事实上晶界强化、位错强化、沉淀强化的确可以提高Ti-1023合金的强度,但通常会导致延展性的大量损失,面临强度-延展性权衡的问题。
实现思路