鈦及其合金的氫處理技術(shù)是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域一個(gè)比較活躍的研究方向。目前,氫處理技術(shù)在鈦合金的熱加工、機(jī)械加工、粉末固結(jié)、復(fù)合材料制備、微觀組織細(xì)化等研究中得到了應(yīng)用,已形成一個(gè)獨(dú)特的研究領(lǐng)域。利用氫處理技術(shù)改善鈦合金的超塑性性能是一個(gè)重要的研究方面,至此,許多學(xué)者利用氫處理效應(yīng)改善了鑄鈦、變形鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的超塑性性能。

目前,運(yùn)用氫處理技術(shù)提高鈦合金的超塑性性能的途徑有兩種:

(1)利用氫的增塑性效應(yīng),在鈦合金超塑性成形之前加入適量的氫,提高鈦合金中B相的比例,降低超塑性變形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力,達(dá)到改善鈦合金超塑性性能的目的。

(2)利用氫處理細(xì)化鈦合金的微觀組織,結(jié)合塑性變形技術(shù)制備超細(xì)晶鈦合金,使鈦合金在較低的變形溫度和較高的變形速率下具有優(yōu)異的超塑性性能。

現(xiàn)代超塑性變形理論認(rèn)為,晶界滑移是超塑性變形的主要方式,擴(kuò)散和晶內(nèi)及晶界的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)是晶界滑移的主要協(xié)調(diào)機(jī)制。在鈦合金超塑性成形中,B相以擴(kuò)散蠕變或位錯(cuò)蠕變?yōu)橹?A相以晶界滑移為主,通過(guò)擴(kuò)散和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)共同協(xié)調(diào);A與B兩相間的流動(dòng)以A與B相界遷移來(lái)完成。氫在對(duì)鈦合金超塑性成形中主要起到以下作用:

(1)氫的加入提高了合金元素的擴(kuò)散能力,導(dǎo)致B相擴(kuò)散蠕變和A相的晶間滑移的增強(qiáng)。

(2)氫的擴(kuò)散激活了釘扎的位錯(cuò),促進(jìn)了位錯(cuò)的攀移和滑動(dòng),提高了B晶粒的滑動(dòng)能力,有利于A/A晶界滑動(dòng)所要求的位錯(cuò)協(xié)調(diào)作用。

(3)氫致弱鍵效應(yīng),降低了擴(kuò)散激活能,增強(qiáng)了原子擴(kuò)散能力,改善了超塑性流動(dòng)能力。

(4)從Ti2H相圖上可以看出,氫的加入明顯降低了BA+B轉(zhuǎn)變溫度,提高了B相的體積分?jǐn)?shù),直接導(dǎo)致塑性的提高和流動(dòng)應(yīng)力的降低,使鈦合金可以在較低的變形溫度和較高的變形速率下進(jìn)行超塑性成形。