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Ti-55531合金退火處理工藝研究

時間:2019-06-13    作者:無錫不銹鋼板    瀏覽:0

Ti-55531(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr)合金作為新型高強近β鈦合金,具有強度優異和斷裂韌性高等優點,擁有良好的淬透性和較寬的加工工藝范圍,特別適合制造必須承受巨大應力的零部件,如大型結構件、起落架、機翼、發動機掛架間連接裝置等,在航空航天工業中日益受到青睞。鈦合金組織類型和形態上的差異對其力學性能有著顯著的影響。已有文獻對Ti-55531合金β退火處理后的組織和性能進行了研究,但未見有對兩相區退火和雙重退火進行系統研究的報道。由于Ti-55531合金合金化程度高,組織對熱處理工藝較為敏感,因此系統地開展了Ti-55531合金退火處理工藝研究,揭示單相區退火、兩相區退火以及雙重退火中退火工藝參量變化對Ti-55531合金顯微組織和力學性能的影響規律。

實驗材料為Ti-55531合金棒材,規格為Φ125mm×550mm,棒材原始組織為等軸組織,等軸α相的比例為43%。金相法測得合金相變點為(845±5)℃。

兩階段普通退火即在較高溫度進行第一階段退火后爐冷至較低溫度,再在較低溫度進行第二階段退火后空冷。采用SX3-10-13型熱處理爐,具體設計了12種熱處理方案,在820~900℃溫度范圍內對Ti-55531合金棒材進行普通退火以及雙重退火處理。兩相區退火3種方案:(820、830、835)℃保溫1.5h→爐冷至580℃→保溫8h→空冷至室溫。單相區退火7種方案:(840、860、870、880、900)℃保溫1.5h→爐冷至580℃→保溫8h→空冷至室溫,以及880℃保溫1.5h→爐冷至(540、620)℃→保溫8h→空冷至室溫。單相區雙重退火2種方案:880℃保溫1.5h→爐冷至(740、760)℃→保溫1h→空冷至室溫;580℃×8h/AC。

沿棒材長度方向切取拉伸試樣,試樣直徑5mm,標距長25mm,對試樣進行性能測試和顯微組織觀察。試驗結果如下:

(1)兩相區退火后合金組織為雙態組織,分布著條狀α相、等軸狀α相和β轉變組織,隨著退火溫度的升高,初生α相含量下降,晶界α相數量增多;單相區退火后合金為有粗大β晶粒的魏氏組織,在原β晶界處析出不連續的α相,并沿一定方向向晶內生長,在晶粒內部有針狀α相析出,隨著第一級和第二級退火溫度的升高,β晶粒尺寸持續長大;單相區雙重退火處理后合金組織中含有較大比例的針狀α相。

(2)兩相區退火可獲得較高的延伸率、斷面收縮率,但抗拉強度較低。隨著退火溫度的升高,合金抗拉強度升高,延伸率、斷面收縮率略有下降,但變化不明顯。單相區退火可獲得較好的強塑性匹配,隨著第一級退火溫度的升高,合金抗拉強度變化不大,合金延伸率、斷面收縮率均呈降低的趨勢;隨著第二級退火溫度的升高,合金抗拉強度下降,斷面收縮率、延伸率略有提高。單相區雙重退火后合金具有最高的抗拉強度,而合金延伸率、斷面收縮率最低。

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