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热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2013-06-19  浏览次数:936
核心提示:钛及其合金因具有密度小、比强度高和良好的耐腐蚀性能等优点广泛应用于航空航天、汽车、化工和船舶等行业。

钛及其合金因具有密度小、比强度高和良好的耐腐蚀性能等优点广泛应用于航空航天、汽车、化工和船舶等行业。TC4钛合金含有6%的α相稳定元素Al和4%的β相稳定元素V,属于Ti-Al-V系典型的α+β型双相热强钛合金,具有良好的力学性能和工艺性能,可加工成棒材、型材、板材、锻件等半成品供应,越来越受到人们的青睐。目前,国内主要侧重于TC4钛合金的高温性能、蠕变性能及热稳定性能等方面的研究,对如何通过制定合理的热处理工艺来满足其实际使用性能的研究还比较少。本文通过对TC4合金板材进行不同工艺的热处理,研究热处理工艺对材料组织和力学性能的影响规律,具有重要的理论和实际意义。

将海绵钛、高纯铝(99.99%)及铝钒合金按一定比例在真空水冷铜坩埚非自耗电弧炉中熔炼,电磁场搅拌,氩气保护。熔炼后的合金成分为(质量分数,%):6.29Al,4.14V,0.029Fe,0.023C,0.19o,余量为Ti。为保证试样化学成分的均匀性,经三次翻转重熔制备TC4合金棒材,经轧制成厚3mm的板材,并进行650℃×4h的去应力退火处理。将去应力退火后的板材加工成显微组织观察试样和拉伸试样,进行不同的热处理:退火(790℃×3h),固溶淬火(980℃×1h,水冷),固溶时效(980℃×1h,水冷+580℃×8h,炉冷)。热处理后的试样进行拉伸性能测试。

TC4合金退火后炉冷,两个相都发生再结晶。α相发生再结晶,在其变形的基体内析出多边形的小晶粒,在再结晶的β相中析出次生α,得到β转变组织的基体上分布着α相的组织,且组织较为均匀。由于消除了内应力,使塑性和组织稳定性提高,但强度和硬度有所降低。固溶淬火后,α片的长宽比减小,笔直的α片发生了扭曲,连续的β相界被破坏,形成薄片或网篮状的α,β相从高温区进行快速冷却时来不及转变成α相而形成亚稳态的β相。室温组织为马氏体α‘’和亚稳态β相,强度和硬度有所提高,但塑性降低较多。固溶时效后,马氏体α‘’和亚稳β相部分发生分解,转变成稳定的弥散的α相和β相,其强度和硬度比炉冷的高,但塑性则比炉冷的低,合金的综合性能获得改善。

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