少量硼對(duì)鈦合金組織和性能的影響

鈦合金因其低密度，高比強(qiáng)度及優(yōu)良的耐腐蝕性而在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年的研究表明，少量的硼對(duì)鈦合金組織和性能有顯著的影響，因此，含硼鈦合金已經(jīng)成為鈦合金研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

一，少量硼可細(xì)化鈦合金的晶粒

定量金相分析顯示鑄態(tài)Ti-6Al-4V-0.1B合金原始β晶粒尺寸分布在200~347μm范圍內(nèi)，明顯小于不含鈦的Ti-6Al-4V合金的鑄態(tài)晶粒尺寸(1.5~1.7mm)。類似的晶粒細(xì)化效果在其它鈦合金中和不同熔煉方法中也被發(fā)現(xiàn)，說明硼對(duì)鈦合金具有普遍的細(xì)化效果。另外，實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，含硼鈦合金鑄錠整個(gè)橫截面都為等軸晶，而不含硼的相應(yīng)合金中卻出現(xiàn)柱狀晶區(qū)。研究指出，少量硼引起鈦合金晶粒細(xì)化是由于成分過冷機(jī)制，即凝固固-液界面前沿硼的富集造成了成分過冷的強(qiáng)化。但進(jìn)一步提高硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，比如對(duì)純鈦，將硼含量由0.1%提高到0.15，同樣由于成分過冷，鑄錠組織會(huì)由等軸晶轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲Аｎ愃魄闆r在其他含硼鈦合金和TiAl合金中也有報(bào)道。

二，少量硼可提高鈦合金的相變點(diǎn)

純鈦的相變點(diǎn)，即低溫hcp結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷豣cc結(jié)構(gòu)的相變溫度，是882℃，對(duì)于鈦合金，通常把α相消失的最低溫度視為相變點(diǎn)。近期的研究結(jié)果表明，硼的引入導(dǎo)致包括純鈦，Ti-6Al-4V及其它鈦合金相變點(diǎn)的提高。有報(bào)道說，硼使Ti-6Al-4V的β轉(zhuǎn)變溫度升高了300℃。硼是典型的α穩(wěn)定元素，但它在鈦合金中溶解度非常低，不到0.02%，因此其提高相變點(diǎn)的機(jī)制不同于在鈦中有較大溶解度的C,O等元素。試驗(yàn)表明，在常規(guī)鑄造過程中硼并沒有引起β相變點(diǎn)的顯著改變，而在含硼鈦合金的快速凝固中卻發(fā)現(xiàn)硼顯著提高了合金的相變點(diǎn)。這說明硼對(duì)相變點(diǎn)的影響不是通過合金元素的溶質(zhì)分配造成的，而是取決于在非平衡凝固條件下其在α相和β相中的過飽和度。

三，少量硼可提高鈦合金的熱穩(wěn)定性