0Π：10.13374/j.1s8n1001053x.1998.06.007 第20卷第6期 北京科技大学学报 Vol.20 No.6 1998年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1998 Ti-12C0-5Al合金的B相a+Ti,C0 时效相变与硬度 胡小华) 陈国良)杨王玥)许嘉龙2) 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)上海钢铁研究所 摘要研究了超塑合金Ti-12C0-5A1非平衡态β相a+T,Co共析转变的时效过程以及它的硬度变 化.当温度为450℃时，随着时间的增长硬度随之增加，B相的转变也更加完全，转变产物之间以及 转变产物与母相之间的相变也从完全共格到半共格再到完全非共格，而峰值发生在320mi左 右；当时间为20mn时，随祖度的升高也具有相同的规律，峰值发生在600℃左右.A1元素除了具 有固溶强化的作用之外，还有提高共析相变温度，从而减缓了相转变动力学的进行. 关键词Ti12Co5Al合金；相a+Ti,Co时效转变；硬度变化；相变动力学 分类号TG292.3 近来研究发现超细a+Ti,Co组织的Ti-12C05Al合金具有低温高速超塑性，2，以及良 好室温强度和塑性.为了获得这样的组织以得到比较优异的超塑性能，将此合金进行B固溶， 然后淬火形成B单相，再于a+T,Co双相区进行处理被证明是可行的. 对这种合金进行非平衡态的单相B在a+Ti,C0双相区的时效相变研究，旨在为确定此合 金的加工工艺提供一个有用的依据.另外，J.GPar等人已对Ti,Co合金进行了β相 a+Ti,C0时效研究，那么A1的加人会产生什么样的影响呢？本文对此进行分析和讨论. 1实验方法 合金采用真空自耗炉冶炼.所用的原材料为：一级海绵（纯度为99.5%），0C0和1" Al,然后利用等温锻造于1000℃左右开坯，用线切割切下方形样品，经过950℃固溶30min, 接着淬火得到单相的β组织， 表1T1-12C0-5A1时效硬度值 Hv 淬火组织分别在共析点附近及共析点 8/℃ 以下各种不同的温度下进行不同时间的保 min300450500600 700800850 温（如表1），之后水冷，为了减少氧化，所有 5 460 样品在热处理（包括固溶）之前均要涂上防 20 460552566584521464433 氧化涂料. 80 559 将处理好的样品表面磨掉0.5mm以 320 616 排除表面反应对实验结果的影响.形貌观 960 589 察采用了扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM),其工作电压分别为25kV和 1997-12-25收稿 胡小华男，30岁，博士生
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 心 加 。 一 一 合金的 月相 时效相 变与硬度 胡 小 华 陈 国 良 杨 王 明 ’ 许嘉龙 “ 北京科技大学新金属材料国家重点实验室 ， 北 京 上海钢铁研究所 摘要 研究 了超塑合金 一 非平衡部相 共析转变 的时效过 程 以 及它 的硬度变 化 当温度 为 ℃ 时 ， 随着 时间的增长硬度 随之增加 ， 口相 的转变也更加完全 ， 转变产物之 间以及 转 变 产物 与母 相 之 间的相 变 也从完 全共格到 半共 格 再到 完全非共格 ， 而 峰值 发 生在 而 左 右 当时间为 而 时 ， 随温度 的升高也具有相 同的规律 ， 峰值发生在 ℃ 左 右 月 元素除了具 有 固溶强化的作用之外 ， 还有提高共析相 变温度 ， 从而减缓 了相 转变动力学 的进行 关健词 合金 口相 时效转变 硬度变化 相 变动力学 分类号 近 来研 究 发 现超 细 组 织 的 一 合金 具有 低 温 高速超 塑性 ， ， 以 及 良 好室温强 度和 塑性 为 了获得 这样 的组织 以得到 比较优异 的超 塑性 能 ， 将此合金进行 刀固溶 ， 然后 淬火形成 月单相 ， 再于 。 双相 区进行处理被证 明是 可行 的 对这种合金 进行非平衡 态 的单相月在 。 双相 区 的时效相 变研究 ， 旨在 为确定此合 金 的 加 工 工 艺 提 供 一 个 有 用 的 依 据 另 外 ， 等 人 已 对 ， 。 合 金 进 行 了口相 几 时效研究 ， 那 么 的加人 会产生什么样 的影 响呢 本文 对此进行分析和讨论 · 实验方法 合金 采 用真 空 自耗 炉冶炼 所 用 的原材料 为 一级海绵钦 纯度为 ， 和 ， 然 后 利 用 等温 锻 造 于 ℃ 左右 开坯 ， 用线切割切下 方形 样 品 ， 经 过 ℃ 固溶 而， 接着 淬火得 到 单相 的吞组 织 · 表 ， 时效硬度值 淬 火 组 织 分 别 在 共 析 点 附近及 共 析点 一一一一一一一爪蔽犷一一一一一一一一 以 下 各 种 不 同 的温 度 下 进 行 不 同时 间 的保 ” 万丽一菇了 一万面一万丽一不万一丽 温 如表 ， 之后 水 冷 为 了减 少 氧化 ， 所 有 一 样 品在 热处理 包 括 固溶 之 前 均要 涂上 防 氧化涂料 一 一 一 一 一 一 将处理 好 的 样 品 表 面 磨 掉 以 一 一 一 排 除 表 面 反 应 对 实 验 结 果 的 影 响 形 貌 观 卫互旦二 一兰旦旦一一一 二 一二‘ 一 察 采 用 了 扫 描 电 子 显 微 镜 峋 和 透 射 电子 显 微 镜 ， 其 工 作 电 压 分 别 为 和 。 一 收稿 胡小 华 男 ， 岁 ， 博 士 生 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1998．06．007
织。化：仍繁为单相的组 缝南藏套溪氰联 时麝鲜 量泰轿囊衡插 66)所示)
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 心 加 。 一 一 合金的 月相 时效相 变与硬度 胡 小 华 陈 国 良 杨 王 明 ’ 许嘉龙 “ 北京科技大学新金属材料国家重点实验室 ， 北 京 上海钢铁研究所 摘要 研究 了超塑合金 一 非平衡部相 共析转变 的时效过 程 以 及它 的硬度变 化 当温度 为 ℃ 时 ， 随着 时间的增长硬度 随之增加 ， 口相 的转变也更加完全 ， 转变产物之 间以及 转 变 产物 与母 相 之 间的相 变 也从完 全共格到 半共 格 再到 完全非共格 ， 而 峰值 发 生在 而 左 右 当时间为 而 时 ， 随温度 的升高也具有相 同的规律 ， 峰值发生在 ℃ 左 右 月 元素除了具 有 固溶强化的作用之外 ， 还有提高共析相 变温度 ， 从而减缓 了相 转变动力学 的进行 关健词 合金 口相 时效转变 硬度变化 相 变动力学 分类号 近 来研 究 发 现超 细 组 织 的 一 合金 具有 低 温 高速超 塑性 ， ， 以 及 良 好室温强 度和 塑性 为 了获得 这样 的组织 以得到 比较优异 的超 塑性 能 ， 将此合金进行 刀固溶 ， 然后 淬火形成 月单相 ， 再于 。 双相 区进行处理被证 明是 可行 的 对这种合金 进行非平衡 态 的单相月在 。 双相 区 的时效相 变研究 ， 旨在 为确定此合 金 的 加 工 工 艺 提 供 一 个 有 用 的 依 据 另 外 ， 等 人 已 对 ， 。 合 金 进 行 了口相 几 时效研究 ， 那 么 的加人 会产生什么样 的影 响呢 本文 对此进行分析和讨论 · 实验方法 合金 采 用真 空 自耗 炉冶炼 所 用 的原材料 为 一级海绵钦 纯度为 ， 和 ， 然 后 利 用 等温 锻 造 于 ℃ 左右 开坯 ， 用线切割切下 方形 样 品 ， 经 过 ℃ 固溶 而， 接着 淬火得 到 单相 的吞组 织 · 表 ， 时效硬度值 淬 火 组 织 分 别 在 共 析 点 附近及 共 析点 一一一一一一一爪蔽犷一一一一一一一一 以 下 各 种 不 同 的温 度 下 进 行 不 同时 间 的保 ” 万丽一菇了 一万面一万丽一不万一丽 温 如表 ， 之后 水 冷 为 了减 少 氧化 ， 所 有 一 样 品在 热处理 包 括 固溶 之 前 均要 涂上 防 氧化涂料 一 一 一 一 一 一 将处理 好 的 样 品 表 面 磨 掉 以 一 一 一 排 除 表 面 反 应 对 实 验 结 果 的 影 响 形 貌 观 卫互旦二 一兰旦旦一一一 二 一二‘ 一 察 采 用 了 扫 描 电 子 显 微 镜 峋 和 透 射 电子 显 微 镜 ， 其 工 作 电 压 分 别 为 和 。 一 收稿 胡小 华 男 ， 岁 ， 博 士 生
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 心 加 。 一 一 合金的 月相 时效相 变与硬度 胡 小 华 陈 国 良 杨 王 明 ’ 许嘉龙 “ 北京科技大学新金属材料国家重点实验室 ， 北 京 上海钢铁研究所 摘要 研究 了超塑合金 一 非平衡部相 共析转变 的时效过 程 以 及它 的硬度变 化 当温度 为 ℃ 时 ， 随着 时间的增长硬度 随之增加 ， 口相 的转变也更加完全 ， 转变产物之 间以及 转 变 产物 与母 相 之 间的相 变 也从完 全共格到 半共 格 再到 完全非共格 ， 而 峰值 发 生在 而 左 右 当时间为 而 时 ， 随温度 的升高也具有相 同的规律 ， 峰值发生在 ℃ 左 右 月 元素除了具 有 固溶强化的作用之外 ， 还有提高共析相 变温度 ， 从而减缓 了相 转变动力学 的进行 关健词 合金 口相 时效转变 硬度变化 相 变动力学 分类号 近 来研 究 发 现超 细 组 织 的 一 合金 具有 低 温 高速超 塑性 ， ， 以 及 良 好室温强 度和 塑性 为 了获得 这样 的组织 以得到 比较优异 的超 塑性 能 ， 将此合金进行 刀固溶 ， 然后 淬火形成 月单相 ， 再于 。 双相 区进行处理被证 明是 可行 的 对这种合金 进行非平衡 态 的单相月在 。 双相 区 的时效相 变研究 ， 旨在 为确定此合 金 的 加 工 工 艺 提 供 一 个 有 用 的 依 据 另 外 ， 等 人 已 对 ， 。 合 金 进 行 了口相 几 时效研究 ， 那 么 的加人 会产生什么样 的影 响呢 本文 对此进行分析和讨论 · 实验方法 合金 采 用真 空 自耗 炉冶炼 所 用 的原材料 为 一级海绵钦 纯度为 ， 和 ， 然 后 利 用 等温 锻 造 于 ℃ 左右 开坯 ， 用线切割切下 方形 样 品 ， 经 过 ℃ 固溶 而， 接着 淬火得 到 单相 的吞组 织 · 表 ， 时效硬度值 淬 火 组 织 分 别 在 共 析 点 附近及 共 析点 一一一一一一一爪蔽犷一一一一一一一一 以 下 各 种 不 同 的温 度 下 进 行 不 同时 间 的保 ” 万丽一菇了 一万面一万丽一不万一丽 温 如表 ， 之后 水 冷 为 了减 少 氧化 ， 所 有 一 样 品在 热处理 包 括 固溶 之 前 均要 涂上 防 氧化涂料 一 一 一 一 一 一 将处理 好 的 样 品 表 面 磨 掉 以 一 一 一 排 除 表 面 反 应 对 实 验 结 果 的 影 响 形 貌 观 卫互旦二 一兰旦旦一一一 二 一二‘ 一 察 采 用 了 扫 描 电 子 显 微 镜 峋 和 透 射 电子 显 微 镜 ， 其 工 作 电 压 分 别 为 和 。 一 收稿 胡小 华 男 ， 岁 ， 博 士 生
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 心 加 。 一 一 合金的 月相 时效相 变与硬度 胡 小 华 陈 国 良 杨 王 明 ’ 许嘉龙 “ 北京科技大学新金属材料国家重点实验室 ， 北 京 上海钢铁研究所 摘要 研究 了超塑合金 一 非平衡部相 共析转变 的时效过 程 以 及它 的硬度变 化 当温度 为 ℃ 时 ， 随着 时间的增长硬度 随之增加 ， 口相 的转变也更加完全 ， 转变产物之 间以及 转 变 产物 与母 相 之 间的相 变 也从完 全共格到 半共 格 再到 完全非共格 ， 而 峰值 发 生在 而 左 右 当时间为 而 时 ， 随温度 的升高也具有相 同的规律 ， 峰值发生在 ℃ 左 右 月 元素除了具 有 固溶强化的作用之外 ， 还有提高共析相 变温度 ， 从而减缓 了相 转变动力学 的进行 关健词 合金 口相 时效转变 硬度变化 相 变动力学 分类号 近 来研 究 发 现超 细 组 织 的 一 合金 具有 低 温 高速超 塑性 ， ， 以 及 良 好室温强 度和 塑性 为 了获得 这样 的组织 以得到 比较优异 的超 塑性 能 ， 将此合金进行 刀固溶 ， 然后 淬火形成 月单相 ， 再于 。 双相 区进行处理被证 明是 可行 的 对这种合金 进行非平衡 态 的单相月在 。 双相 区 的时效相 变研究 ， 旨在 为确定此合 金 的 加 工 工 艺 提 供 一 个 有 用 的 依 据 另 外 ， 等 人 已 对 ， 。 合 金 进 行 了口相 几 时效研究 ， 那 么 的加人 会产生什么样 的影 响呢 本文 对此进行分析和讨论 · 实验方法 合金 采 用真 空 自耗 炉冶炼 所 用 的原材料 为 一级海绵钦 纯度为 ， 和 ， 然 后 利 用 等温 锻 造 于 ℃ 左右 开坯 ， 用线切割切下 方形 样 品 ， 经 过 ℃ 固溶 而， 接着 淬火得 到 单相 的吞组 织 · 表 ， 时效硬度值 淬 火 组 织 分 别 在 共 析 点 附近及 共 析点 一一一一一一一爪蔽犷一一一一一一一一 以 下 各 种 不 同 的温 度 下 进 行 不 同时 间 的保 ” 万丽一菇了 一万面一万丽一不万一丽 温 如表 ， 之后 水 冷 为 了减 少 氧化 ， 所 有 一 样 品在 热处理 包 括 固溶 之 前 均要 涂上 防 氧化涂料 一 一 一 一 一 一 将处理 好 的 样 品 表 面 磨 掉 以 一 一 一 排 除 表 面 反 应 对 实 验 结 果 的 影 响 形 貌 观 卫互旦二 一兰旦旦一一一 二 一二‘ 一 察 采 用 了 扫 描 电 子 显 微 镜 峋 和 透 射 电子 显 微 镜 ， 其 工 作 电 压 分 别 为 和 。 一 收稿 胡小 华 男 ， 岁 ， 博 士 生
·540· 北京科技大学学报 1998年第6期 同样，600℃，20minB相完全转变成a-Ti+Ti,Co,而450℃时则需320min才能完成，这 完全是与元素的扩散系数及转变动力学有关；前者硬度值只有584HV,而后者达到616HV, 则是与析出物的形貌、大小、共格程度有关.很显然，600℃、20mi晶粒尺寸大，a和Ti,C0之 间完全非共格，硬度低，而450℃、320mina-Ti,Co呈短片状，尺寸极小，相互之间有一定的共 格关系，所以硬度大.由图7我们还进行了Ti2Co,Ti-12Co5A1在450℃时效的硬度随时间变 化曲线的比较，可以看出，A1的加人明显使峰值时间加长，说明A1的加人明显降低了450℃ 时效转变的速度，而且峰值也比T,C0的大，说明Al还有固溶强化的作用. 4结论 (1)较低温度时（小于300℃），B单相不发生转变，因为各元素的扩散系数很低.(2)同为 20min时间，在600℃时效时，B相能完全转变使硬度值达到最高，温度高于600℃些，由于颗 粒度增大，硬度也随之降低，第二相也会从极细纳米级微粒，到短片状析出，最后变成等轴 的a-Ti+Ti,Co双相组织.温度再高时则进人了a+阝+Ti,Co三相区，第二相Ti,Co尺寸也很 粗大.(3)同为450℃温度下，320min时效，B相能完全转变，硬度达到峰值，些时其析出相尺 寸小，使得它的硬度值比600℃，20min要大.(4)A1的加人除了延缓分解动力学进行之外，还 具有固溶强化的作用. 参考文献 1 Frommeger G,Von Czanowski.High Strain Rate Superplasticity and Strength Properties of Two-phase a-Titanium-Intermetallic Ti-12Co-5Al and Ti-12Ni-5Al Alloys.Z Metallk,1990(10):756 2刘庆，胡小华，杨王玥，陈国良.T-12C05A合金高速低温超塑性变形.北京科技大学学报，1993， 15(3):267 3 Swann P R,Parr J G.Phase Transformations in Titanium-Rich Alloys of Ti and Cobalt.Trans AME,1958,212:276 Aging Procedure and Its Hardness Change from Single B-Ti Phase to a+Ti,Co Dual Phase of Alloy Ti-12Co-5Al Hu Xiaohua'Chen Guoliang”Yang Wangyue'”Xue Jialong2》 1)State Key Lab for Advanced Metals and Materials,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Shanghai Research Institute of Iron and Steel ABSTRACT Ageing process and its hardness change from B to a Ti,Co of alloy Ti-12Co-5Al were investigated.At 450C,the amount of transformation increases with ageing time and the boundary between the transformation product and the matrix changes from coherent to incoherent.The maximum hardness is achieved at around 320 minutes. With the same ageing time of 20 minutes,the same thing happens as above with increas- ing temperatures and the hardness peaks at around 600C.The addition of element aluminum slows down the kinetics of ageing transformation in addition to its strengthen- ing effect. KEY WORDS Ti-12Co-5Al alloy;B-Ti ageing transformation to a Ti,Co;microstructure; hardness change;Al element;phase transformation kinetics
北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 同样 ， 、 而 口相 完全转变 成 一 ， 而 时则需 才能完成 ， 这 完全是 与元 素的扩散系数及 转变 动力 学有 关 前 者硬度值 只 有 ， 而后 者 达到 ， 则是 与析 出物 的形 貌 、 大 小 、 共 格 程 度 有 关 · 很 显然 ， ℃ 、 晶粒尺 寸 大 ， 和 。 之 间完全非共格 ， 硬度低 ， 而 ℃ 、 犯 而 一 。 呈 短 片状 ， 尺 寸极小 ， 相 互 之 间有一定 的共 格 关系 ， 所 以硬度大 由图 我们还 进行 了 。 ， 一 小 在 ℃ 时效 的硬度 随时 间变 化 曲线 的 比较 ， 可 以 看 出 ， 的加人 明显使峰值 时 间加长 ， 说 明 的加 人 明显 降低 了 ℃ 时效转变 的速度 ， 而 且 峰值也 比 的大 ， 说 明 还有固溶强 化 的作用 结论 较低 温 度 时 小 于 ℃ ， 月单相 不 发 生转变 ， 因为各元 素的扩散 系数很低 同为 而 时 间 ， 在 ℃ 时效时 ，口相 能完全转变使硬度值达到最 高 ， 温 度 高于 ℃ 些 ， 由于 颗 粒 度 增 大 ， 硬 度 也 随 之 降低 ， 第二 相 也 会从 极 细 纳 米 级 微 粒 ， 到 短 片 状 析 出 ， 最 后 变 成 等 轴 的 一 双相 组 织 温度 再 高 时则进人 了 声 。 三相 区 ， 第二相 尺 寸 也很 粗大 同为 ℃ 温 度下 ， 时效 ， 月相 能完全转变 ， 硬度 达 到 峰值 ， 些 时其析 出相 尺 寸 小 ， 使得 它 的硬度 值 比 ℃ 、 要 大 的加人 除 了延 缓分解 动力 学进行之外 ， 还 具有 固溶强 化 的作用 参 考 文 献 ， 托 喊 印 比飞 详币 一 咖 一 书 一 一 凡 一 叮 ， 刘 庆 ， 胡 小 华 ， 杨 王 明 ， 陈 国 良 一 小 合金 高 速 低温 超 塑 性 变 形 北 京 科 技 大 学 学 报 ， ， 剐 ， 别叮 在田 拍 一 斑 肠 如 仆 ， ， 口 一 ， 乙 一 一 枷 。 馆 肠哪 再 ， 叱 ， ， 掩 眠 沈 口 一 一 ， 娜 玩 斤。 丁七 而 ， ， 丁 一 一 声 一 而