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热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和力学性能的影响

发布时间 :2018-10-31 10:03:30 浏览次数 :

近些年,随着航空工业的快速发展,对钛合金性能的要求发生了很大改变。高的断裂韧性和低的疲劳裂纹扩展速率,已成为新型战机结构件选材的主要参考方向。国外具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率的中强或高强损伤容限型钛合金已成功应用于民用和军用飞机的结构件[i〗。为了增强国内航空能力,“十五”期间我国立项研制了新型中强高损伤容限型TC4-DT钛合金。TC4-DT钛合金具有相当高的断裂韧度和抗疲劳裂纹扩展能力,其性能与美国第四代战机F-22上用量最大的损伤容限型钛合金Ti-6A1-4VELI相当。此外,TC4-DT钛合金具有很优异的电子束焊接性能,适合制造大型整体化的框、梁和接头类等航空构件p]。由于TC4-DT钛合金的优良性能,已成为我国新型战机主体结构材料之一。虽然国内与TC4-DT钛合金相关的研究很多,但大多数都是集中于对锻件的研究,对棒材的研究相对较少。为了更多地了解棒材的相关数据,对棒材的生产积累经验,本文对TC4-DT钛合金棒材的组织和力学性能进行了研究。

TC4钛棒

组织决定性能,不同组织形态的产品具有不同的力学性能。在普通的钛合金中,等轴组织的综合性能较好,尤其是塑性和冲击韧性较高;双态组织的高温性能高于等轴组织,室温性能与等轴的相当;网篮组织的塑性和冲击韧度较魏氏组织的高,髙温持久和蠕变性能也较好;魏氏组织的塑性低,冲击韧度低,不过蠕变抗力较高。

本试验中的9个试样的组织不同,因而室温拉伸性能有所差异。棒材的纵向室温拉伸性能结果如图3所示。可以看出:棒材的室温拉伸性能满足标准要求,而且富余度大。普通退火的强度高于双重退火的强度,但塑性变化不大。

在本试验中,普通退火条件下,740°C退火时的强度最大。退火温度低于740°C时,强度随退火温度的升高而增强;当退火温度高于740°0时,强度随退火温度的升高先降低最后又增强,760°C是拐点。这与显微组织有紧密的联系。文献[3]中提到:初生a相含量对TC4钛合金的室温抗拉强度影响不大。因此初生a相尺寸、形貌和的尺寸及形貌对室温拉伸强度有着重要的影响。从3#试样的显微组织中看出,初生a相尺寸相对较大,且尺寸大小均匀,而条状p胃细又长,且较平直。因此强度最大。而5#试样的条状Ps尺寸比4#试样的条状p?尺寸大,平直度高,因而拉伸强度比4#试样的拉伸强度高。

钛合金棒

双重退火条件下,当第一重退火温度低于950°C时,强度随第一重退火温度的降低而升高;当第一重退火温度在髙于950°C但低于相变点时,强度随第一重退火温度的降低而降低。这是因为6#、7#试样的显微组织中存在大量的晶界a相,起这晶界强化作用’且条状(3?尺寸大,平直度高,因而强度高。当温度为950-C时,大量的晶界破碎,产生更多的初生a相,晶界强化效果减弱,因而强度低。当温度为940°C时,初生ot相大量增加,这时它的尺寸和形貌和P转的形貌、尺寸共同影响强度,因而强度较高。

(1)单重退火制度下,TC4-DT

(2)单重退火制度下,初生a相含量随着退火温度的提高而增加;双重退火制度下,初生a相含随第一重退火温度的升髙而降低。

(3)单重退火制度下,退火温度为760°C时的室温拉伸强度最高;双重退火制度下,第一重退火温度为950°C时的室温拉伸强度最低。

(4)双重退火的室温拉伸强度低于单重退火的室温拉伸强度。

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