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热处理对钛合金性能的影响

发布日期:2018-02-28 作者: 点击:

目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。由于钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好,在航空工业中得到长足发展,使钛工业以平均每年约10%的增长速度发展。另外,钛合金的工艺性能差,切削加工困难,在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差,生产工艺复杂。

 

钛的工业化生产是1948年开始的。在各种钛合金制品的应用中,锻件多被用于气轮机压缩机盘以及医用人工骨等要求高强高韧高可靠性的场合。因此,对锻件不仅要求尺寸精度高,而且要求材料具有优良的特性和高的稳定性。为此,在钛锻件的制造过程中要充分发挥钛合金特性,以获得高质量的锻件。钛合金属难锻材,易产生裂纹。所以钛合金锻件生产中最重要的就是对锻造温度和塑性变形进行适当的控制。为了选择合理的退火工艺,我们首先观察加热温度和冷却方式对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响。为了使TC4钛合金得到最好的强度和塑性综合性能,同时又有好的蠕变抗力及断裂韧性,可采用在950℃保温1小时后空冷(或水冷)的退火工艺。为了便于随后的加工,冶金厂出厂时,TC4钛合金均采用在700~800℃保温1小时空冷的工艺。对于一些大尺寸锻件,为了保证性能的均匀性,有时采用炉冷的工艺。试验用料920℃热轧的TC4钛合金棒、热轧总变形率为80%左右,a+β/β相变点为980~990℃。将试样于1000℃、950℃、930℃、830℃加热保温1小时后分别进行空冷、水冷和炉冷。不同退火方式对显微组织和力学性能都有影响。

 

其中冷却速度对上述四个温度的显微组织和力学性能产生很大影响。当水冷时,1000℃、950℃和930℃处于平衡的β相成分均要发生马氏体转变,β相转变为马氏体a`针。在1000℃时表现出明显的魏氏体组织,其力学性能与1000℃空冷的数据相当。在950℃和930℃并水冷的试样上,显微组织与空冷时的特征相似,但等轴初生a相之间的是β+马氏体a`针。此时对应的综合性能最高,而且有比空冷组织更好的蠕变抗力。830℃保温时平衡的β相成分已碰不到M线,但水冷后在晶间β相中也发现了十分细小的针状转变产物,仅能用电子显微镜分辨出来。但针状产物的结构尚未测得。此时抗拉强度和断面收缩率都很低。至于炉冷,由于试样冷却速度慢,在高温停留时间长,多型性转变进行的充分,所有的a相均变得粗大。1000℃炉冷后,在原始β晶粒内产生粗大的a相片和片间β相,在原始β晶界上还有条状a相形成的厚网,一般称为网篮状组织。950℃、930℃和830℃炉冷后,由于a相倾向于在原a相界面生核、长大,显微组织均为等轴a和晶间β相。在1000℃炉冷后的抗拉强度比空冷和水冷的低,拉伸塑性要高。在其它温度炉冷后的综合性能也均比水冷和空冷的低。


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