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低能电磁攻击诱导TC11钛合金相变及攻击韧性强化机制研究——系统探讨攻击时间对α相致密水平、β相占比(先增后减)及相界面球化的调控作用,,,, ,,,剖析攻击断口韧窝致密化与解理面缩减的内在关联

宣布时间:2025-11-13 22:45:30 浏览次数 :

小序

具有典范(α+β)相的钛合金体现出高比强度和 优异的耐侵蚀性能,,,, ,,,普遍应用于航空航天领域中的 压气机盘、叶片、鼓等结构件[1-3]。。。。。。随着工业化水平 的提高,,,, ,,,工程结构件的服役可靠性要求越来越高,,,, ,,,这 就要求质料性能需进一步优化。。。。。。其中,,,, ,,,攻击韧性作 为权衡质料抗裂纹扩展能力的要害指标,,,, ,,,直接影响 结构件的清静设计,,,, ,,,成为目今研究的重点偏向。。。。。。钛 合金的攻击韧性与界面微观结构亲近相关,,,, ,,,如微裂 纹易在初生α晶界处形核,,,, ,,,裂纹扩展时在相界和晶 界处偏转可以提高裂纹扩展能量[4-5]。。。。。。这些发明展现 了界面工程对钛合金性能优化的重大潜力。。。。。。

电磁攻击处置惩罚是使用电磁脉冲能量,,,, ,,,如电脉冲、磁脉冲(脉冲磁场!。。。。┗蚣す饴龀謇锤谋涔烫搴辖鹱橹 和性能的一种加工要领,,,, ,,,已获得普遍研究[6-7]。。。。。。作者 在前期的研究事情中发明,,,, ,,,低能电磁攻击处置惩罚引发 的电磁非热效应可以与一定的焦耳热效应爆发耦合 作用[8],,,, ,,,可以在合金外貌温度远低于其熔点的情形下 选择性地增进界面微结构演变[9-11],,,, ,,,从而影响合金冲 击韧性。。。。。。锻态网篮组织TC11钛合金具有相对不稳 定的高能相界,,,, ,,,推测在举行低能电磁攻击处置惩罚时,,,, ,,,这 些高能相界容易被电磁攻击能量引发并爆发演变,,,, ,,,可是现在未见这方面的研究报道。。。。。。作者接纳低能电 磁攻击手艺对锻态网篮组织TC11钛合金举行处置惩罚,,,, ,,,研究了在合金外貌温度不凌驾200℃条件下合金界 面微观结构以及攻击韧性的演变。。。。。。

1、试样制备与试验要领

试验质料为西北有色金属研究院提供的Ti6.5Al-1.5Zr-3.5Mo-0.3Si(TC11)棒状钛合金,,,, ,,,实测化 学因素(质量分数/%)为6.1Al,,,, ,,,1.4Zr,,,, ,,,3.0Mo,,,, ,,,0.3Si,,,, ,,,余Ti,,,, ,,,热处置惩罚状态为锻态。。。。。。通过线切割要领将棒状 钛合金加工成尺寸为5mm×10mm×55mm的标准 攻击试样,,,, ,,,对试样端面举行打磨后,,,, ,,,接纳自制的电磁 攻击处置惩罚装备举行低能电磁攻击处置惩罚。。。。。。低能电磁冲 击处置惩罚的占空比为9.09,,,, ,,,频率为50Hz,,,, ,,,峰值电流密 度为57.9A·mm?2,,,, ,,,攻击时间划分为0.44,,,, ,,,0.88,,,, ,,,1.32,,,, ,,,1.76s。。。。。。比照试样为未经由低能电磁攻击处置惩罚的合金(攻击时间为0)。。。。。。在试验历程中接纳Fotric-226型红 外热像仪实时测定试样外貌温度,,,, ,,,整个攻击历程中试样外貌最高温度均低于200℃。。。。。。

在处置惩罚后的试验合金中部截取金相试样,,,, ,,,经由 打磨、抛光,,,, ,,,用体积比1.5∶4∶100的HF+HNO3+H2O溶液侵蚀后,,,, ,,,接纳光学显微镜(OM)视察截面显微组 织。。。。。。使用Image-pro6.0软件对相组织占比举行统 计。。。。。。在处置惩罚后的试验合金中部截取试样,,,, ,,,经机械研 磨至厚度为100μm后举行离子减薄!。。。。,,, ,,,接纳TaolF200S型透射电镜(TEM)视察微观结构,,,, ,,,接纳扫描电镜附 带的能谱仪(EDS)举行元素面扫描。。。。。。凭证GB/T229—2020《金属质料夏比摆锤攻击试验要领》,,,, ,,,接纳夏比 攻击试验机举行无缺口夏比攻击试验,,,, ,,,试验温度为 室温,,,, ,,,举行3次平行试验,,,, ,,,取平均值。。。。。。接纳JSM-IT800型扫描电镜(SEM)视察攻击断口形貌。。。。。。

2、试验效果与讨论

2.1微观结构

由图1可以看出:未举行低能电磁攻击处置惩罚的 试验合金为典范的双相(α+β)合金,,,, ,,,组织呈网篮状,,,, ,,,由白色层状α相和玄色β相组成,,,, ,,,原始β晶界碎化;; ;;; ;;经低能电磁攻击处置惩罚后,,,, ,,,网篮状初始组织结构未发 生显着转变。。。。。。相比于未举行低能电磁攻击处置惩罚的合 金,,,, ,,,经0.44s低能电磁攻击后试验合金中α片层组织 致密水平降低,,,, ,,,局部区域球化而形成链状等轴组织,,,, ,,,推测其为原始β晶界区域[12];; ;;; ;;0.88,,,, ,,,1.32s低能电磁 攻击后试验合金的α片层组织致密水平提高,,,, ,,,β相面 积占比增大;; ;;; ;;1.76s攻击时间下α层状组织的致密程 度最高,,,, ,,,与1.32s攻击时间下相比β相未见显着增 多。。。。。。当攻击时间为0,,,, ,,,0.44,,,, ,,,0.88,,,, ,,,1.32,,,, ,,,1.76s时,,,, ,,,试验 合金中α相占比划分约为73.1%,,,, ,,,70.9%,,,, ,,,69.3%,,,, ,,,69.4%,,,, ,,,73.9%,,,, ,,,可知随着低能电磁攻击时间的延伸,,,, ,,,α相占比先减小后增大,,,, ,,,响应地β相占比先增大后减小。。。。。。

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由图2可以看出:未举行低能电磁攻击合金的α/β相界面呈显着的规则线形,,,, ,,,钼元素漫衍界面平 直;; ;;; ;;低能电磁攻击0.44s后α/β相界面区域保存一定 宽度的中心相层,,,, ,,,部分(区域1)为β相层,,,, ,,,部分(区域2)为α″相层,,,, ,,,钼元素漫衍界面波折。。。。。??? ?? ?芍,,, ,,,低能电磁 攻击促使合金元素爆发跨界面迁徙,,,, ,,,相界面处爆发 相变,,,, ,,,从而形成中心相层。。。。。。

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2.2攻击韧性

由图3可以看出:随着低能电磁攻击时间的延 长,,,, ,,,试验合金的攻击吸收能量先增大后减小!。。。。唬 ;;; ;;当低能 电磁攻击时间为0.44s时,,,, ,,,攻击吸收能量最大,,,, ,,,与未 攻击合金相比提高约14.1%;; ;;; ;;当低能电磁攻击时间 长于0.88s时,,,, ,,,攻击吸收能量低于未攻击合金。。。。。。试验 合金组织中的α相为密排六方结构,,,, ,,,变形兼容性较 差,,,, ,,,有利于强度的提高[13],,,, ,,,而β相为体心立方结构,,,, ,,,变形兼容性较好,,,, ,,,关于塑性、韧性的提高更有利,,,, ,,,能 够缓解裂纹萌生和抑制裂纹扩展[14]。。。。。。随着低能电磁 攻击历程的举行,,,, ,,,试验合金中的β相占比先增大后 减小!。。。。,,, ,,,因此攻击吸收能量先增大后减小。。。。。。低能电磁 攻击0.44s后,,,, ,,,α/β相界面处爆发一定水平的相变,,,, ,,,导 致整体β相含量略微升高,,,, ,,,从而有利于强度与塑性 的提高[13-18]。。。。。。同时,,,, ,,,低能电磁攻击0.44s后,,,, ,,,试验合 金α/β相界面处泛起的链状等轴组织有利于合金冲 击韧性的提升[16-17]。。。。。。因此,,,, ,,,0.44s低能电磁攻击试验 合金的攻击韧性最好。。。。。。

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2.3攻击断口形貌

由图4可以看出:低能电磁攻击前后试验合金 的攻击断口均由韧窝息争理面组成;; ;;; ;;与未攻击试验 合金相比,,,, ,,,低能电磁攻击试验合金的韧窝更浅更密,,,, ,,,解理面面积占比更小!。。。。,,, ,,,说明合金的韧性更好。。。。。。综上,,,, ,,,合适的低能电磁攻击处置惩罚(攻击时间0.44s)可使TC11钛合金β相含量有一定水平的增添,,,, ,,,α/β相界 面处爆发中心相层以及局部球化,,,, ,,,这种组织缓解冲 击裂纹萌生及对抗裂纹扩展的能力更强,,,, ,,,因此攻击 断口的解理面区域更少,,,, ,,,韧窝漫衍更麋集,,,, ,,,攻击韧性 更好。。。。。。

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3、结论

(1)低能电磁攻击(攻击历程中合金外貌最高温度低于 200 ℃)促使 TC11 钛合金爆发一定水平的相变,,,, ,,,在低能电磁攻击历程中,,,, ,,,β 相占比先增大后减小!。。。。,,, ,,,α 相致密水平先降低后升高。。。。。。

(2)随着低能电磁攻击时间的延伸,,,, ,,,试验合金的攻击吸收能量先增大后减小!。。。。,,, ,,,当攻击时间凌驾 0.88 s后,,,, ,,,攻击吸收能量低于未攻击试验合金。。。。。。当低能电磁攻击时间为 0.44 s 时,,,, ,,,攻击吸收能量最大,,,, ,,,为 170.5 J,,,, ,,,相比于未攻击试验合金提升约 14.1%;; ;;; ;;攻击韧性的提高与 β 相含量的增添、α/β 相界面处爆发的中心相层和局部球化有关。。。。。。

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(注,,,, ,,,原文问题:低能电磁攻击对TC11钛合金显微组织和攻击韧性的影响)

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