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分享:鍛造溫度對TA15鈦合金顯微組織及抗拉強度 各向異性的影響

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瀏覽:- 發布日期:2022-09-05 09:52:26【

摘 要:在(α+β)相區對 TA15鈦合金棒進行鍛造,研究了tβ-15℃、tβ-30℃和tβ-50℃(tβ 為β相變溫度)3種鍛造溫度對合金顯微組織和抗拉強度各向異性的影響。結果表明:隨著鍛造溫 度降低,TA15鈦合金中初生αp 相含量增加,片層狀α相含量減少,厚度和長寬比減小,抗拉強度 提高;TA15鈦合金在tβ-50 ℃溫度鍛造后沿流線方向的抗拉強度可達973MPa,3個方向抗拉強 度的極差隨鍛造溫度的降低而減小;TA15鈦合金鍛造后的拉伸斷口均為韌性斷口,鍛造溫度越 低,初生αp 相含量越高,斷口韌窩越深,而含有較多較細長片層狀α相時,斷口韌窩較淺。 

關鍵詞:鍛造溫度;TA15鈦合金;顯微組織;抗拉強度;各向異性 

中圖分類號:TG146.23                                            文獻標志碼:A                                        文章編號:1000-3738(2022)07-0006-05 


0 引 言 

鈦合金以其低密度、高比強度以及優異的耐蝕 性等特點而廣泛應用于航空、航天、船舶等領域[1]。 其中,TA15鈦合金是在俄羅斯 BT22鈦合金的基礎上研制的一種高鋁當量近α型鈦合金,該合金兼 有α型和(α+β)型鈦合金的優點,如良好的熱加工 性、熱強性和焊接性,較高的室溫和中溫強度,可在 450~500 ℃長期使用,因此被應用于整體隔框、進 氣道格柵防護罩和中央翼下壁板等部件[2-4]。目前, 航空用鈦合金主要采用鍛造為主的成型工藝。鈦合 金鍛件的顯微組織與其熱加工歷史(變形、熱處理 等)密切相關,近α及(α+β)型鈦合金在(α+β)相區 鍛造獲得的雙態組織具有優異的綜合性能[5-6]。近 些年,研究人員對 TA15鈦合金熱加工后的組織和 性能關系進行了深入研究。張旺峰等[7]研究了熱處 理工藝對 TA15鈦合金組織和性能的影響;JI等[8] 研究了不同熱工藝條件下 TA15鈦合金三態組織中 片層狀α相的演變規律;WU 等[9]采用熱模擬壓縮 試驗研究了 TA15鈦合金熱變形過程中的熱變形行 為及組織球化過程。 

目前,國內外對 TA15鈦合金的研究主要集中 在熱壓縮模擬試驗以及單一方向組織與性能之間的 影響關系上,而對該合金不同方向上顯微組織與力 學性能的相關報道較少。作者通過對 TA15鈦合金 棒在(α+β)相區不同溫度下進行鍛造,研究了鍛造 溫度對 TA15鈦合金鍛件顯微組織和抗拉強度各向 異性的影響,為該合金獲得優異組織和力學性能的 熱加工工藝制定提供理論依據,從而為該鈦合金鍛 件生產提供指導。 

1 試樣制備與試驗方法

 試驗材料為?300mm 的 TA15鈦合金棒;該合 金棒由3次真空自耗電弧熔煉鑄錠經β相區開坯和 (α+β)相區鍛造而成,化學成分見表1。采用淬火 金相法測得該爐批 TA15 鈦合金棒的相變溫度tβ 為998 ℃。TA15 鈦 合 金 棒 的 顯 微 組 織 如 圖 1 所 示,可見初生αp 相分布于β相基體上,初生αp 相質 量分數約55%,呈球狀或蠕蟲狀且分布均勻。

在陜西宏遠航空鍛造有限責任公司16MN 油 壓機上對 TA15鈦合金棒進行鍛造,鍛造成厚度為 200mm 的方坯,鍛造加熱溫度分別為tβ-15 ℃、 tβ-30 ℃和tβ-50 ℃,鍛后進行850 ℃×4h熱處 理,空冷。在鈦合金鍛件上取樣,經去除氧化層、預 磨、拋光后,采用 Kroll試劑(HF、HNO3、H2O 的體 積比為1∶2∶7)進行腐蝕,使用 LeicaDMI3000M 型 光學顯微鏡觀察顯微組織。在鈦合金鍛件上分別沿 流 線 方 向、寬 度 方 向 和 厚 度 方 向 截 取 尺 寸 為 ?13mm×71mm 的 標 準 拉 伸 試 樣,標 距 為 25mm,在Instron3200型萬能試驗機上進行拉伸 試驗,屈服前拉伸速度為0.005mm·s -1,屈服后拉 伸速度為0.02 mm·s -1。使用 TecnaiG2F30S型掃描電鏡(SEM)觀察拉伸斷口形貌。 

2 試驗結果與討論 

2.1 對顯微組織的影響 

TA15鈦合金棒經(α+β)相區鍛造后的顯微組 織為典型雙態組織,主要由球狀初生αp 相和β轉變 組織組成,3個方向顯微組織差異較小,如圖2(a)所 示。由圖2(b)~(d)可以看出:在tβ-15 ℃下鍛造 后,沿流線方向片層狀次生α相排列整齊,呈棒狀分 布于β相基體上;隨著鍛造溫度降低,片層狀α相的 長度和寬度均減小。