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鍛造對TC4鈦棒性能及組織的影響

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2016-1-6 15:31:07
TC4鈦合金是國內外應用最廣泛的a+β型鈦合金,由于它具有比強度高、耐腐蝕性好和綜合性能優越等特點,在航空航天、化工機械、醫藥工程等行業得到廣泛應用。TC4鈦合金常見的缺陷有合金元素的偏析和夾雜物、鑄造組織的殘留、脆化層、氫脆以及脆性和鍛造裂紋等。我國在“十五”期間開始自主研制的一種中強高損傷容限型鈦合金,與其他中強鈦合金鈦棒相比,其在強度、塑性水平相當的條件下,具有更高的斷裂韌性和抗裂紋擴展能力,可廣泛用于我國四代機、大飛機等重要機型的關鍵承力構件。本工作采用兩相區退火、兩相區固溶+時效,單相區固溶+時效的熱處理工藝,研究了不同熱處理工藝對TC4鈦合金鈦棒顯微組織和力學性能的影響,以獲得該合金強度、塑性、韌性最佳匹配的熱處理工藝。
(1)TC4鈦合金在兩相區進行普通退火和再結晶退火處理后發生再結晶,a相尺寸有所增大,且退火溫度越高,冷卻速度越慢,再結晶越充分,并發生a相聚集長大,導致合金強度顯著下降,塑性增加。
(2)在兩相區固溶+時效處理得到雙態組織,隨著時效溫度升高,次生a相含量減少,a片層尺寸增大,合金的強度和斷裂韌性下降,塑性有所提高。而當固溶時冷卻速度升高,時效時生成的次生片狀a相更為細小,導致合金的強度升高,塑性和斷裂韌性下降。
(3)在單相區固溶水冷獲得馬氏體組織,隨后進行時效處理,合金的塑性急劇惡化,均發生脆斷。并且隨時效溫度升高,片層有所增厚,但析出的次生a相含量減少,鈦合金鈦棒的強度和斷裂韌性有所下降。而在單相區固溶空冷獲得魏氏組織,隨后進行高溫時效處理,將使a片層厚度進一步增大,且混亂交織程度減小,導致強度下降,塑性和斷裂韌性均有所提高。
(4)TC4鈦合金棒經950C/1h/WQ+550C/6h/AC熱處理,可以實現強度、塑性、韌性的最優化匹配,從而獲得優良的綜合力學性能。
 
TC4鈦棒改鍛環件工藝是在950度兩火次加熱,鍛造成餅材,餅材擴口成環材,其缺陷的產生有可能是因為改鍛工藝不當造成開裂,也有可能是棒材本身存在著冶金缺陷如夾雜、偏析、氣孔等,而在隨后的改鍛過程中由冶金缺陷造成開裂。通過理論計算,得出此套電腦橫機天橋專用夾具的設計是完全符合理論設計要求的。于是筆者制造出了此套夾具的實物,并將其安裝到Vcentei-70高精度數控加工中心的工作臺上進行實際加工驗證。然后將加工出來的橫機天橋零件成品放到三坐標測量機中進行精確的精度測量,得出其兩夾角的角度誤差在0.2°~0.6°范圍內,符合技術要求。由于這套夾具可以非常方便快速地實現天橋零件的加工定位,而不需要再通過其他方式找正,因此適合天橋零件的大批量生產。
 
鍛造溫度決定著鈦合金組織,在鈦合金的鍛造過程中產生β相變是必然的,通過本文的研究可以得出以下結論:(1)TC4鈦合金鈦棒黑斑區域與正常區域主要化學成分無差異,無成分偏析現象,因此黑斑不是化學成分偏析導致的相變組織。(2)TC4鈦合金鈦棒黑斑區域的p相形貌和正常區域有較大差異,為單相區形成的異常相變組織。(3)TC4鈦合金鈦棒黑斑組織是在鍛造過程中鈦棒變形不均勻而產生不同相變形成的不均勻組織。排除實驗誤差等影響,根據表2檢測結果,說明鈦棒低倍黑斑區域和正常區域的Al、V、Fe以及鈦基體元素含量均無明顯差別,說明黑斑區域無成分偏析的現象。因此鈦棒低倍黑斑組織與化學成分的偏析沒有直接的關系。
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