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熱處理對TC4鈦合金組織和性能的影響

發(fā)布時間 :2019-05-26 15:47:02 瀏覽次數(shù) :

鈦及鈦其合金因具有密度小、比強(qiáng)度高和良好的耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、化工和船舶等行業(yè)。TC4鈦合金含有6%的α相穩(wěn)定元素Al和4%的β相穩(wěn)定元素V,屬于Ti-Al-V系典型的α+β型雙相熱強(qiáng)鈦合金,具有良好的力學(xué)性能和工藝性能,可加工成棒材、型材、板材、鍛件等半成品供應(yīng),越來越受到人們的青睞。

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目前,國內(nèi)主要側(cè)重于TC4鈦合金的高溫性能、蠕變性能及熱穩(wěn)定性能等方面的研究,對如何通過制定合理的熱處理工藝來滿足其實(shí)際使用性能的研究還比較少。本文通過對TC4鈦合金板進(jìn)行不同工藝的熱處理,研究熱處理工藝對材料組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律,具有重要的理論和實(shí)際意義。

將海綿鈦、高純鋁(99.99%)及鋁釩合金按一定比例在真空水冷銅坩堝非自耗電弧爐中熔煉,電磁場攪拌,氬氣保護(hù)。熔煉后的合金成分為(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):6.29Al,4.14V,0.029Fe,0.023C,0.19o,余量為Ti。為保證試樣化學(xué)成分的均勻性,經(jīng)三次翻轉(zhuǎn)重熔制備TC4鈦合金棒,經(jīng)軋制成厚3mm的鈦板,并進(jìn)行650℃×4h的去應(yīng)力退火處理。將去應(yīng)力退火后的板材加工成顯微組織觀察試樣和拉伸試樣,進(jìn)行不同的熱處理:退火(790℃×3h),固溶淬火(980℃×1h,水冷),固溶時效(980℃×1h,水冷+580℃×8h,爐冷)。熱處理后的試樣進(jìn)行拉伸性能測試。

TC4鈦合金退火后爐冷,兩個相都發(fā)生再結(jié)晶。α相發(fā)生再結(jié)晶,在其變形的基體內(nèi)析出多邊形的小晶粒,在再結(jié)晶的β相中析出次生α,得到β轉(zhuǎn)變組織的基體上分布著α相的組織,且組織較為均勻。由于消除了內(nèi)應(yīng)力,使塑性和組織穩(wěn)定性提高,但強(qiáng)度和硬度均有所降低。固溶淬火后,α片的長寬比減小,筆直的α片發(fā)生了扭曲,連續(xù)的β相界被破壞,形成薄片或網(wǎng)籃狀的α,β相從高溫區(qū)進(jìn)行快速冷卻時來不及轉(zhuǎn)變成α相而形成亞穩(wěn)態(tài)的β相。室溫組織為馬氏體α和亞穩(wěn)態(tài)β相,強(qiáng)度和硬度有所提高,但塑性降低較多。固溶時效后,馬氏體α和亞穩(wěn)β相部分發(fā)生分解,轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的彌散的α相和β相,其強(qiáng)度和硬度比爐冷的高,但塑性則比爐冷的低,鈦合金的綜合性能獲得改善。

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