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熱處理對鈦合金棒材組織與性能的研究

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2016-1-7 12:48:01
中國廣泛使用的損傷容限高強鈦合金TC21的強度級別在1100MPa左右,因此,基于6機高減重、高性能的目標,研究并發展Ti-5553合金成為我國當前結構鈦合金領域的重要方向之一,似目前僅有對Ti-5553合金的改進型Ti-55531合金50kg小規格鑄錠的組織性能進行了公開報道,關于大規格鑄錠、棒W和鍛件工藝及組織?性能關系的研究較少。為此,本實驗圍繞Ti-5553大規格棒材的試制,采用正交試驗方法研究Ti-5553合金典型熱處理工藝與微觀組織及基本力學性能的關系,期望能為該介金熱處理工藝改進及應用研究提供幫助。
1.BASCA和STA兩種熱處理制度對Ti-5553鈦合金組織和性能影響顯著,BASCA處理的組織具有優異的損傷容限性能,而STA處理的組織具有較好的強度和塑性匹配。
2.Ti-5553鈦合金人規格棒W在BASCA熱處埋制度K為典荊的魏氏組織特征,其斷裂韌性可達87.3MPam,/2,同時其強度能維持在1100MPa水平。
3.Ti-5553鈦合金大規格棒材在近相區固溶并在合理的溫度時效處理后,其強度受固溶溫度的影響敁人,時效溫度次之,受時效時間的影響最小。Ti-5553合金在820°C固溶后M示出了優異的力學性能,隨后580°C時效時其:最高強度可達420MPa;620°C時效時表現出了域佳的綜合性能,W:強度高達1320MPa,延伸率達到8%,斷裂韌性值為68.5MPam,/2。
 
隨著航空工業發展,迫切需要高結構效益的鈦板合金材料,因此高強高韌成為鈦合金發展的主要方向之一。BTi6554合金是我國自主研制開發的一種新型β型高強高韌鈦合金,其強韌性匹配優于Til023及BT22,是一種高結構效益鈦合金,為宇航、兵器、艦船等行業結構件用材的優良材料,已先后提供航天緊固件、兵器某彈戰斗部、海底電纜管道、裝甲板、一級方程式賽車彈簧等不同行業試驗用料。近β型鈦合金不僅具有島強、高韌、良好的淬透性及優異的抗疲勞性能等特點,而且通過熱處埋工藝優化吋以人范圍調整材料的力學性能,不僅在人甩飛機起落架部位已得到大貴應用,而且在機身、機艙和機與等部位也有廣泛的應用前景。弓Ti-1023、VT22相比,Ti-5553鈦合僉具有更高的強度和強韌性匹配,成為波音、空客電點發展并推廣應用的鈦合金之一。因此,歐美各國圍繞Ti-5553鈦合金相變、熱處理工藝及組織演變規律、組織-性能關系及熱加工工藝等方面幵展了人量的研究工作,結果表明Ti-5553人艱鍛件的強度可達1300MPa以上,同時其延伸率低于6%。
 
采用力航鈦業有限公司真空自耗電弧爐經3次熔煉鑄錠,化學成分符合表1要求。整個試制過程在萬噸壓機生產線進行,鑄錠開坯及中間鍛造在1000~1200°C范圍加熱,采用鑄錠鐓拔工藝以保證相變點上有足夠變形,成品鍛造在相變點以下30C加熱,經70%變形量得到0250mm成品棒材后取樣,對試樣進行3種不同熱處理制度處理后得到3種不同組織及性能。結合BTi6554鈦合金前期的試驗結果。采用合理鍛造工藝,可以得到均勻兩相區加工組織250mmBTi6554鈦合金棒,選擇合適熱處理制度可得到綜合性能良好棒材,870~920C/30min,AC+580C/l0h,AC是“雙一百”最佳的熱處理溫度范圍。920C/30min,AC+540C/l0h,AC制度下性能能滿足指標2的要求。通過采用BTi6554鈦合金鑄錠經萬噸油壓機和25MN快鍛機進行開坯和成品鍛造,研制出BTi6554鈦合金4250mm大規格鈦棒。通過對該規格棒材進行3種不同熱處理方案進行熱處理,并通過對3種方案所得組織性能的對比分析研究,從而找到生產BTi-6554鈦合金的50mm大規格棒材合理可行的熱處理工藝。
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