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TC11钛合金锻造工艺对显微组织与力学性能的影响研究

发布时间:2024-10-11人气:52

TC11钛合金是一种高铝当量马氏体型a+β两相钛合金,因其良好的高温强度、耐腐蚀性、热稳定性及抗蠕变性能,在航空航天领域得到了广泛应用。随着航空航天技术的发展,对钛合金的组织及性能要求日益提高。本文研究了三种不同锻造工艺对TC11钛合金棒材显微组织和力学性能的影响,旨在为优化钛合金的锻造工艺提供理论依据。

试验用的TC11钛合金铸锭采用真空自耗电弧炉经三次熔炼,成品锭型为准720mm。取铸锭上、中、下三点测化学成分,结果符合国家标准要求。

按照三种锻造工艺,得到准240mm棒材。在不同工艺锻造的棒材端部50mm处各取两组试样,规格为准240mmx30mm。每组试样经过950℃/2h, AC+530℃/6h, AC的热处理,最后对热处理后的试样进行室温拉伸性能的检测。金相试样经过砂纸粗磨、细磨、机械抛光和化学腐蚀后,采用OLYPUS PEM-3金相显微镜进行显微组织观察。室温拉伸试样按GB/T228-2002标准制作加工,并采用UTM5205电子万能试验机进行性能测试。

结果分析与讨论

锻造工艺对TC11钛合金棒材显微组织的影响

图1展示了使用三种工艺锻造的TC11钛合金棒材的显微组织。对比发现,经a+β两相区锻造后,TC11钛合金试样的显微组织为典型的等轴组织,其中β转变基体上分布着等轴α相。随着锻造温度的升高,溶质原子扩散速度加快,α相向β相转变增多,使得初生α相含量减少。因此,可以通过控制热变形温度来控制TC11钛合金中初生α相与β相转变的比例。

TC11钛合金化学成分,TC11钛合金锻件

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此外,经过β区和两相区镦拔后,原始铸态组织经过β区充分破碎,形成的β相区片层组织厚度较薄,易于破碎球化。而未经β相区充分变形的组织,其片层组织厚度较厚,虽然经过两相区锻造处理,但其组织表现为条状α相,没有完全球化,且组织粗大。

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锻造工艺对TC11钛合金棒材力学性能的影响

表3列出了三种锻造工艺的TC11钛棒材的室温拉伸性能。结果显示,按照工艺B锻造的棒材抗拉强度高出50~75MPa,屈服强度高出30~55MPa,伸长率及断面收缩率略有降低。

TC11钛合金力学性能,TC11钛合金锻件

这是由于室温下,两相钛合金的强度随着初生α相含量的变化而变化。初生α相含量增多,则其强度升高。同时,晶粒的细化程度也会影响合金的强度。合金组织越粗大,强度越低。因此,使用工艺B的棒材强度略高一些,而塑性与其他两种工艺相当,实现了强度和塑性的较好匹配。

结论

1.可以通过控制锻造温度来控制TC11钛合金中初生α相与转变β相的比例。随着变形温度的升高,α相向β相转变增多,使得初生α相含量减少。

2.通过β相区和两相区相结合的镦拔变形方式,更易于原始铸态组织的破碎,成品棒材等轴组织球化程度较高。

3.初生α相含量越高,等轴组织球化程度越高,组织越细小,这有利于棒材的塑性和强度的较好匹配。


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