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TA15鈦合金棒材常規熱處理與冷卻速率

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2016-2-19 12:17:51

TA15鈦合金相轉變溫度一般在980°C?1020°C,通常在普通退火狀態下使用,一般認為不能通過熱處理對其進行強化,但在退火態合金中P相含量為5?7%,同TC4合金中(3相含量8?10%比較接近,可見TA15合金存在熱處理強化的可能性。通常的技術規范推薦TA15合金的退火制度為700°C?850°C(空冷),生產中常用退火制度為800°C?850°C(空冷)。本文研究生產中常用(α+β)區不同退火溫度、不同冷卻速率交互作用下對TA15鈦合金室溫力學性能的影響。 

TA15鈦合金是20世紀60至70年代前蘇聯開發的一種鈦合金,牌號為BT20,名義成分為Ti-6.5αl-1Mo-1V-2Zr。該合金主要的強化機制是通過α穩定元素αl的固溶強化,屬于高αl當量的近α型鈦合金。該合金既具有α型鈦合金良好的熱強性和可焊性,又具有接近于α+β型鈦合金的工藝塑性,是一種綜合性能優良的鈦合金,在航天航空等領域得到了廣泛應用,是國內最成熟、應用最廣泛的鈦合金之一。 

1、實驗方法

實驗材料:實驗所用材料是湖南金天鈦業科技有限公司生產的規格為0300mmTA15鈦合金棒,其化學成分如表1。用金相法測得相轉變點(α+β/0)為995°C。 

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鈦棒的顯微組織如圖1,β基體上均勻分布等軸α相,等軸α相含量約為60%。

實驗方法:①實驗材料用線切割方法制取014mm和10X10mm試樣若干,分別在800°C/2h和850°C/2h條件下進行熱處理,冷卻方式分別為室溫20°C空氣中冷卻;②實驗材料截取厚度為20mm鈦棒材,分別在800°C/2h和850°C/2h條件下進行整體熱處理,用線切割方法制取①14mm和10X10mm試樣若干。然后機加成標準GB/T228中R7試樣,在UTM5205電子萬能材料試驗機上進行室溫力學性能的檢測,并在金相顯微鏡下觀察其橫向低倍組織。

2、結果與分析

2.1室溫力學性能與兩個溫度及冷卻方式的關系

TA15鈦合金在不同溫度和不同冷卻速率下的力學性能變化

http://www.bjtc4.com/images/image/20160214162071687168.jpg

總體來說:在(α+β)區相同的熱處理制度下,TA15合金的抗拉強度和延伸率變化不大,屈服強度、斷面收縮率和沖擊韌性隨冷卻速率降低而提高明顯;而在相同的冷卻速率下,隨著退火溫度的升高,TA15合金的抗拉強度提高幅度較大,屈服強度、延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性則變化不大。

曾有研究不同的退火熱處理制度對TA15合金顯微組織、室溫拉伸性能、高溫拉伸性能、室溫沖擊韌性及硬度的影響。

(1)在相變點以下溫度退火,TA15合金的室溫、高溫斷裂強度在860°C時出現峰值,而室溫塑性、高溫斷面收縮率和室溫沖擊韌性則隨著退火溫度的升高而提高(2)TA15合金室溫沖擊韌性和硬度具有一定的對應(反比)關系。(3)提高退火溫度也可以提高鈦棒材試樣的沖擊值,沖擊性能的提高幅度與材料原始組織和性能有關。

2.2熱處理和冷卻方式對組織結構的影響已有的研究表明,在TA15合金相變點下較低溫度范圍內進行退火得到等軸組織。對熱加工態的TA15鈦合金進行650?950°C溫度范圍內退火,結果發現在較低的溫度進行退火對合金組織影響不大,基本保留熱加工時的組織形態,只是3轉含量不同[3]。在800°C和840°C熱處理制度和不同冷卻速率下,組織結構沒有太多改變,基本保留熱加工時的組織形態,如圖2所示,這也驗證了以上觀點。

3結論

(1)TA15鈦合金雖然是近α鈦合金,但可以進行熱處理強化。
(2)800°C?850°C熱處理溫度下,不同的冷卻速率對組織結構的影響不大。
(3)在800°C?850°C熱處理時,同一溫度下,抗拉強度和延伸率變化不大,屈服強度、斷面收縮率和沖擊韌性隨冷卻速率降低而提高明顯;而在相同的冷卻速率下,隨著退火溫度的升高,TA15合金的抗拉強度提高幅度較大,屈服強度、延伸率、斷面收縮率和沖擊韌性則變化不大。

 
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