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热处理制度对Ti55531钛合金板材组织和性能的影响有哪些?

[ 信息发布:海兵钛镍 | 发布时间:2020-10-20 | 浏览:284 ]

Ti55531合金是一种新型高强高韧β型合金,其名义成分为Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr-1Zr。该合金拥有良好的淬透性和较宽的加工工艺范围,特别适合制造必须承受巨大应力的零部件,比较适合用于结构件和起落架、机翼、发动机挂架之间连接装置等,在航空航天工业中日益受到青睐,现已应用在A380空客飞机上。与传统近β型合金Ti-1023相比,该合金冶炼、加工成本低,不会产生明显的成分偏析,且具有强度优异和断裂强度高等优点,逐渐有取代Ti-1023的趋势。


目前对该合金的棒材热处理工艺已有许多研究国,但对板材热处理尚未研究。用正交试验方法优化了该合金板材的热处理工艺,确定了最佳的热处理工艺,为板材的生产提供了依据。

1试验材料及设计

1.1 试验材料试验材料经两次真空自耗电弧炉熔炼制成铸锭(铸锭成分按合金名义成分控制),在3,150 t锻造机上锻造成板坯,然后在1,200 mm四辊可逆式热轧机上轧至8.5 mm.

1.2正交试验设计试验选用固溶温度、固溶时间、时效温度和时效时间四个因素,分别选用三个水平,采用正交设计表,研究不同因素对Ti55531钛合金板材强度和塑性的影响。各试验因素的水平见表1。


2正交试验结果分析

利用正交设计助手软件对试验结果分析,根据正交试验原理,极差越大,表明该因素对试验结果的影响越大。

2.1各试验因素对强度的影响各试验因素下合金强度值见表2。


从表2可看出,各因素对抗拉强度影响大小为: 时效温度>固溶温度>时效时间>固溶时间; 对屈服强度影响大小为: 时效温度>固溶温度>固溶时间>时效时间。其中固溶时间和时效时间对合金抗拉强度和屈服强度影响基本一样。表2中,抗拉强度达到最大时,各因素的水平为:固溶温度为2水平800℃,1,292. 667 MPa;固溶时间为3水平60min),1 ,278. 667 MPa:时效温度为1水平650℃,1,428.000 MPa;时效时间为1水平4h),1 ,277.000 MPao屈服强度最大值时各因素的水平为:固溶温度为2水平800℃,1,179. 333 MPa;固溶时间为3水60min),1, 167. 667 MPa;时效温度为1水平650℃,1,306. 333 MPa;时效时间为1水平4h)时,1,162.667 MPa。由此可推断该合金板材热处理制度为8009/60min AC +550℃/4h FC时,合金的强度最高。

2.2各试验因素对塑性的影响各试验因素下合金塑性值见表3。


从表3可看出,各因素对延伸率影响大小为:时效温度>固溶温度>时效时间>固溶时间。其中,当时效温度为1水平550°C)时,合金板材的延伸率最小,为4.5% ,其余水平下延伸率相差不大。

2.3各试验因素对合金组织的影响合金板材经800°C固溶后,经550°C、600°C、650°C时效后的显微组织见图1。随着时效温度的提高,α相析出数量逐渐增多,并聚集粗化,导致强度有所下降,但延伸率较高。



综合各因素对合金强度、塑性及组织的影响,该合金板材获得高强度且延伸率较好的最佳热处理制度为:800°C /60min AC + 650°C /6h FC.

2.4分析结果验证试样经800℃/60min AC +650℃/6h FC热处理后的室温拉伸性能﹐见表4.



显微组织见图2。由图2可看出,原始β晶界有晶界α析出,并在β相基体上α相均匀析出。由于650°C的时效温度较高,细小弥散的点状α相逐渐粗大,针状组织更加清晰和密集,并且析出的次生α相明显粗化聚集。



3结论

1)各因素对抗拉强度影响大小为:时效温度>固溶温度>时效时间>固溶时间;对屈服强度影响大小为:时效温度>固溶温度>固溶时间>时效时间;各因素对延伸率影响大小为:时效温度>固溶温度>时效时间>固溶时间。

2)Ti55531钛合金板材经800C/60minAC+650C/6h FC热处理后,抗拉强度为1,242 MPa,屈.服强度1,122 MPa,延伸率10.0%,合金具有良好的强度塑性匹配;原始β晶界出有晶界a析出,并在β相基体上a相均匀析出。由于650°C的时效温度较高,细小弥散的点状a相逐渐粗大,针状组织更加清晰和密集,并且析出的次生a相数量明显粗化聚集。

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参考文献

[1]付艳艳, 宋月清,惠松骁等.用正交试验法优化VST55531钛合金的热处理工艺[].金属热处理,2008,33 (7).

[2]高玉社.热处理工艺对T:55531钛合金组织及性能的影响.西安工业大学学报,2011,.31 4).

[3]付艳艳. 冷却速度对VSIT5553钛合金的显微组织和力学性能的影响D].中国有色金属学报,2010,20)1.


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