钛合金BCC?HCP相变的变体选择及其对晶体取向的影响

在钛合金的实际生产中,材料通常经过β单相区、α+β双相区的锻造或热加工,外加相应的热处理制度.在生产过程中,大都伴随α?β相变,在理想状态下,相变生成的变体随机形核并长大,此时钛合金的晶粒细小且取向分布均匀,具有较好的力学性能.但在实际热加工中,由于各种因素的存在,相变过程中发生变体选择的现象,其会严重影响晶体取向的分布,进而损害材料的力学性能.归纳起来,影响相变过程中变体选择的因素可分为:(1)合金内部形成的各种缺陷和残留相;(2)加工工艺的影响.钛合金加工过程中形成的内部缺陷主要有位错、各种晶界、相界和夹杂物等,除了α相和β相合金外,室温下还有残余相存在.从热力学角度来说,这些缺陷会导致整个系统能量失衡.为使系统能量处于平衡状态,则需让某些变体优先析出,从而发生变体选择.到目前为止,通过各种微观机制的研究发现,钛合金在热加工过程中倾向于形成共享同一〈110〉方向的相邻β晶粒,其通常造成β晶粒两端析出c轴平行于β〈110〉方向的α相,而且这种α变体被择优选择的概率非常高,关于这种β/β晶粒偶的来源问题一直未弄清楚.另外,钛合金相变对热加工参数很敏感,其中冷却速度、加工温度、保温时间和变形量等都会引起变体选择.通过深入的分析,加工工艺对变体选择的影响最终都可以归结于工艺参数导致的特定材料内部结构,进而影响变体选择.目前为止,通过控制相变过程的变体选择来提高材料力学性能或调控晶体取向分布的报道还未出现,关于钛合金相变的研究成果主要由发达国家完成,且大多数优秀的成果出现在2010年之前,2010年之后则鲜有新成果.这主要是由于高温下α→β转变的信息难以直接获取,成为深入研究相变变体选择的瓶颈.但近几年来,原位EBSD技术的出现为研究该问题提供了可能,相信未来几年会涌现一些新成果.本文归纳了钛合金发生相变时各种内部和外部因素造成变体选择现象的机理,分析了其与钛合金织构演变的关系,并介绍了钛合金α?β转变时发生变体选择的本质、成因及对晶体取向分布的影响等方面的研究现状,指出了该研究方向目前存在的问题和今后的研究重点.