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摘 要

TC4合金因其合金综合性能较高，得到高度重视并加以广泛应用。本课题主要通过连续升温热膨胀法，并结合显微组织观察，研究TC4合金在连续升温过程中α到β相变及显微组织演变。研究发现，不同升温速率的α相回溶曲线都展现出典型的“S”型曲线，表明α相回溶是一种由形核长大控制的过程。通过Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）方法和Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami(KJMA)模型，分别得到α相回溶转变平均相变激活能E和随着α相回溶体积的增大所对应的Avrami指数n，发现Avrami指数n可分为三个阶段，表明TC4合金的α相回溶过程机制在不同时期是不同的，并建立连续升温转变曲线(Continuous heating Transformation Curves，CHT)。

关键词：TC4 合金 热膨胀法 α相回溶 相变激活能

Research on Phase Transition Kinetics of TC4 Alloy During Continuous Heating

ABSTRACT

Because TC4 alloy has high comprehensive performance, it is highly appreciated and widely used. This subject analyzes the microstructure to analyze the α to β phase transition and microstructure evolution of the TC4 alloy during the continuous temperature increase process through the continuous temperature rise thermal expansion method. According to the experiment done, the α-phase dissolution curves of different heating rates are observed, and an “S” curve can be drawn, so the growth of the nucleus controls the α-phase dissolution. To get the average phase transition activation energy E and the volume increase, the Avrami exponent n corresponding to the α-phase dissolution, using the Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) method and the Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami (KJMA) model, can be divided There are three stages, indicating that the mechanism of α-phase re-dissolution process of TC4 alloy is different in different periods, and the CHT diagram of the heating process is established.

Keywords: TC4 alloy; Thermal expansion method; α-phase dissolution ；Phase transformation activation energy

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 钛合金分类 1

1.2.1 α、近α型钛合金 2

1.2.2 α β型钛合金 2

1.2.3 β、近β型钛合金 2

1.3 TC4钛合金研究现状及应用 2

1.4钛合金固态相变类型 2

1.4.1同素异构转变 3

1.4.2 ω相变 3

1.4.3 β相的分离 4

1.5固态相变研究方法 4

1.5.1 热分析技术 4

1.5.2 显微观察技术 5

1.5.3 X-射线同步衍射技术 5

1.6 钛合金的相变动力学 5

1.7 课题研究思路与内容 6

1.7.1研究思路 6

1.7.2 研究内容 7

第二章 实验材料与研究方法 8

2.1 实验材料 8

2.2 实验仪器设备 8

2.2.1 热膨胀仪原理 8

2.2.2 热膨胀装置 9

2.2.4 金相抛光装置 10

2.2.5 显微镜 10

2.3 实验内容 10

2.4 实验方案 10

2.5 相变动力学研究 11

2.5.1 相变激活能E的研究 11

2.5.2对Avrami指数n的研究 12

2.5.3 CHT曲线的建立 13

2.6 组织演变研究 13

第三章 实验结果分析与讨论 14

3.1 连续升温的热膨胀曲线 14

3.2 连续升温过程中的相转变动力学 15

3.3 相变激活能 16

3.4 基于KJMA模型的α β→β相转变机制分析 17

3.5 TC4合金α β→β相转变CHT图 18

第四章 结论 19

参考文献 20

致 谢 23

第一章 绪论

1.1 引言

钛合金拥有远超于高强度钢、铝合金和镁合金的比强度(强度/密度)，经常在工业合金中使用^[1]。它可以有效地防止很多有机酸的腐蚀，如盐酸，氯溶液等^[2]。钛合金所具有的高强度、耐蚀性等特性使其在航空、海洋、石化等工程中广泛应用，它所制造的板材、铸件等也极受欢迎。

（1）在航天领域中，钛合金材料的研究和使用也将成为主流之一。主要用于制造机身外皮、绝缘罩等部件，它还在发动机压缩机组件的制造中起着非常重要的作用，扩大了其应用范围。先进钛合金材料的广泛使用是航空领域发展的重要标志，不仅减轻飞机的整体重量，飞机的安全性也得到了提升。在国外，钛合金材料在航天领域中应用广泛^[3]。

（2）容易受到海水腐蚀的船体及其泵、阀、管等部件，用钛材替代原本材料，能够解决腐蚀问题，并使船寿命得到延长。目前，在发达国家的船舶中，存在钛合金化的使用趋势。以美国为例，对钛的主要成分进行合金化可以显着降低船舶重量和维护成本。例如，在海水系统管线和两栖码头运输管线（LPD17）的阀门中，用钛合金代替铜镍合金可以节省大约1700万美元的成本^[4]。

（3）钛材适用于制造医疗器械，具有生物相容性近年来，用于制造医疗用品的增长率保持在20%到25%。对于人口众多的中国而言，拥有巨大的市场需求^[5]。

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