鈦及其合金的氫處理技術是材料科學與工程領域一個比較活躍的研究方向。目前,氫處理技術在鈦合金的熱加工、機械加工、粉末固結、復合材料制備、微觀組織細化等研究中得到了應用,已形成一個獨特的研究領域。利用氫處理技術改善鈦合金的超塑性性能是一個重要的研究方面,至此,許多學者利用氫處理效應改善了鑄鈦、變形鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的超塑性性能。
目前,運用氫處理技術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,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,降低超塑性變形時的流動應力,達到改善鈦合金超塑性性能的目的。
(2)利用氫處理細化鈦合金的微觀組織,結合塑性變形技術制備超細晶鈦合金,使鈦合金在較低的變形溫度和較高的變形速率下具有優異的超塑性性能。
現代超塑性變形理論認為,晶界滑移是超塑性變形的主要方式,擴散和晶內及晶界的位錯運動是晶界滑移的主要協調機制。在鈦合金超塑性成形中,B相以擴散蠕變或位錯蠕變為主:A相以晶界滑移為主,通過擴散和位錯運動共同協調;A與B兩相間的流動以A與B相界遷移來完成。氫在對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散能力,導致B相擴散蠕變和A相的晶間滑移的增強。
(2)氫的擴散激活了釘扎的位錯,促進了位錯的攀移和滑動,提高了B晶粒的滑動能力,有利于A/A晶界滑動所要求的位錯協調作用。
(3)氫致弱鍵效應,降低了擴散激活能,增強了原子擴散能力,改善了超塑性流動能力。
(4)從Ti2H相圖上可以看出,氫的加入明顯降低了B\A+B轉變溫度,提高了B相的體積分數,直接導致塑性的提高和流動應力的降低,使鈦合金可以在較低的變形溫度和較高的變形速率下進行超塑性成形。