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钛锻造对TC4钛棒、钛合金棒性能及组织的影响

发布时间 :2018-08-30 23:05:28 浏览次数 :

TC4钛合金是国内外应用最广泛的a+β型钛合金,由于它具有比 强度高、耐腐蚀性好和综合性能优越等特点,在航空航天、化工机械、医药工程等行业得到广泛应用。TC4钛合金常见的缺陷有合金元素的偏析和夹杂物、铸造组织的残留、脆化层、氢脆以及脆性和锻 造裂纹等。我国在“十五”期间开始自主研制的一种中强高损伤容 限型钛合金,与其他中强钛合金钛棒相比,其在强度、塑性水平相 当的条件下,具有更高的断裂韧性和抗裂纹扩展能力,可广泛用于 我国四代机、大飞机等重要机型的关键承力构件。采用两相区退火 、两相区固溶+时效,单相区固溶+时效的热处理工艺,研究了不同 热处理工艺对TC4钛合金棒显微组织和力学性能的影响,以获得该 合金强度、塑性、韧性最佳匹配的热处理工艺。

TC4钛棒

(1)TC4钛合金在两相区进行普通退火和再结晶退火处理后发生再结晶,a相尺寸有所增大,且退火温度越高,冷却速度越慢,再结晶越 充分,并发生a相聚集长大,导致合金强度显著下降,塑性增加。

(2)在两相区固溶+时效处理得到双态组织,随着时效温度升高,次 生a相含量减少,a片层尺寸增大,合金的强度和断裂韧性下降,塑 性有所提高。而当固溶时冷却速度升高,时效时生成的次生片状a相 更为细小,导致合金的强度升高,塑性和断裂韧性下降。

(3)在单相区固溶水冷获得马氏体组织,随后进行时效处理,合金的 塑性急剧恶化,均发生脆断。并且随时效温度升高,片层有所增厚 ,但析出的次生a相含量减少,钛合金钛棒的强度和断裂韧性有所下 降。而在单相区固溶空冷获得魏氏组织,随后进行高温时效处理, 将使a片层厚度进一步增大,且混乱交织程度减小,导致强度下降, 塑性和断裂韧性均有所提高。

(4)TC4钛合金棒经950C/1h/WQ+550C/6h/AC热处理,可以实现强度、 塑性、韧性的最优化匹配,从而获得优良的综合力学性能。

TC4钛棒改锻环件工艺是在950度两火次加热,锻造成饼材,饼材扩 口成环材,其缺陷的产生有可能是因为改锻工艺不当造成开裂,也 有可能是棒材本身存在着冶金缺陷如夹杂、偏析、气孔等,而在随 后的改锻过程中由冶金缺陷造成开裂。通过理论计算,得出此套电 脑横机天桥专用夹具的设计是完全符合理论设计要求的。于是笔者 制造出了此套夹具的实物,并将其安装到Vcentei-70高精度数控加 工中心的工作台上进行实际加工验证。然后将加工出来的横机天桥 零件成品放到三坐标测量机中进行精确的精度测量,得出其两夹角 的角度误差在0.2°~0.6°范围内,符合技术要求。由于这套夹具 可以非常方便快速地实现天桥零件的加工定位,而不需要再通过其 他方式找正,因此适合天桥零件的大批量生产。

钛棒

锻造温度决定着钛合金组织,在钛合金的锻造过程中产生β相变是 必然的,通过本文的研究可以得出以下结论:

(1)TC4钛棒黑斑区域与正常区域主要化学成分无差异,无成 分偏析现象,因此黑斑不是化学成分偏析导致的相变组织。

(2)TC4钛棒黑斑区域的p相形貌和正常区域有较大差异,为单 相区形成的异常相变组织。

(3)TC4钛棒黑斑组织是在锻造过程中钛棒变形不均匀而产生 不同相变形成的不均匀组织。排除实验误差等影响,根据表2检测结 果,说明钛棒低倍黑斑区域和正常区域的Al、V、Fe以及钛基体元素 含量均无明显差别,说明黑斑区域无成分偏析的现象。因此钛棒低 倍黑斑组织与化学成分的偏析没有直接的关系。

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