低温形变热处理对TC4钛合金组织及力学性能的影响研究

发布时间：2020-05-18 14:07

【摘要】：TC4(Ti-6A1-4V)钛合金是最早开发并成功应用的双相钛合金,也是迄今为止应用最广泛的钛合金。但是,由于目前热处理强化后的TC4钛合金强度、硬度不能满足某些特殊情况下构件的性能要求,所以,研发新型的热处理工艺,进一步提高TC4钛合金的力学性能,对提高其安全性、拓宽其应用领域具有重要的意义。本课题以工程上应用最广泛的TC4钛合金为研究对象,采用固溶+冷变形+时效的热处理工艺对其进行实验研究,借助光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、电子万能试验机等设备观察和分析不同热处理工艺对组织和力学性能的影响,得到以下主要结论:(1)与热处理后的合金相比,原始态TC4钛合金的强度属中等,塑性最好;TC4钛合金的原始组织由约86.5%的α相和13.5%的β相组成,室温下具有中等强度(σO.2=821 MPa,σb=872 MPa),塑性比热处理后的好,硬度较低,综合性能一般。(2)TC4钛合金经940 ℃和955 ℃固溶后适宜进行预变形后再时效,固溶温度对该合金固溶后直接时效和固溶后添加预变形再时效的组织和力学性能的影响不一致;TC4钛合金经不同温度固溶后直接在500 ℃下时效时,随着固溶温度的升高,等轴初生α相含量减少,尺寸也减小,β转变组织的数量逐渐增加,合金时效后的强度和硬度先升高后降低,955 ℃固溶后直接时效时达到峰值,而塑性下降。TC4钛合金在940 ℃和955 ℃下固溶后,分别经过相同变形量预冷变形再时效后,前者的强度、硬度和塑性均高于后者,强度的变化趋势与固溶后不经预变形而直接时效的有所不同。(3)TC4钛合金固溶后添加预冷变形可以促进时效过程中次生α相的析出,且固溶温度为940℃时,预变形对促进次生α相析出的作用较955℃固溶时强;在其他条件相同的情况下,随着预变形量的增加,次生α相的含量增加,尺寸减小,合金时效后的强度和硬度均逐渐上升,TC4钛合金经940 ℃固溶,变形后再时效的强度明显高于固溶后直接时效后的强度,且保持较好的塑性;固溶温度为955℃时,添加预变形对强度、硬度的提高程度不如940 ℃固溶时的显著。(4)时效温度太高时,时效析出的次生α相减少,对合金的力学性能不利;在其他工艺参数不变的条件下,随着时效温度的升高,次生α相的宽度有所增加,而数量有所减少,合金的强度、硬度先升高再下降,而延伸率先下降再上升后又下降,500 ℃时效时取得最高的强度并保持较好的塑性,600℃时效时综合性能最差。(5)TC4钛合金在时效过程中,随时效时间的延长,次生α相的含量先增加,达到平衡后会粗化,合金的强度、硬度和塑性随组织的变化而变化;在其他参数不变时,随时效时间的延长,析出的次生α相含量逐渐增加,后期随着时效时间的延长,组织开始逐渐粗化;强度、硬度及塑性在整个过程中先升高后降低。
【图文】：

围为０．２３－１．０；近（３型钦合金，＆范围为１．０－１．５；亚稳定ｐ型钛合金，＆范围为１．５－２．８；逡逑稳定Ｐ型钛合金的Ｐ相稳定系数＆大于２．８［２３’２６］。按照相组成与Ｐ相稳定元素含量的关逡逑系，结合（３相稳定系数可将钛合金的分类表示成图１－３所示的二维示意图。每类合逡逑金的组织与性能特点都是独特的，应该有明确的依据进行分类，利用Ｐ相稳定系数＆逡逑对钛合金进行系统地分类，可以为人们在研发钛合金时如何添加合金元素提供一定的理逡逑论指导。逡逑Ｔ／Ｖ逦｜逦｜逦丨：逦！逡逑？型丨近ａ型丨ａ＋ｐ型｜近Ｐ型ｊ亚稳ｐ型｜稳定ｐ型逡逑ＴｈＵＡ邋｜＼邋Ｉ逡逑Ｕｆｆｉｊ逦ｖ＇／ｆ逦！逦＼ｉ逡逑Ｉ邋＼邋＇邋！逦＼！逡逑＞逦ｉ逦；逦！逦Ｖ逦＾逡逑０邋Ｃ0逦Ｃ，逦Ｃｋ逦Ｃ２逦Ｃ６逦ｗｔ．％逡逑ｐ稳定元素含量逡逑ＩＩ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦Ｉ逦＾逡逑０邋０．０７邋０．２３逦１逦１．５逦２．８邋［ｐ逡逑图１－３钛合金的分类与Ｐ相稳定元素含量的关系逡逑３逡逑

逦0ｉ（＼ｙ％邋＊邋Ｔｉ２０0／ｏＶ逡逑Ｐ稳定化型逡逑图１－２钛合金按亚稳状态分类的三维相图示意图［２３］逡逑由于钛合金中Ｐ相的体积分数及稳定程度与Ｐ相稳定元素的含量及种类有直接关系，逡逑为了衡量钛合金中Ｐ相的稳定程度，或者对钛合金进行分类，目前常常用Ｐ相稳定系数逡逑的大小来对钛合金进行分类。（３相稳定系数是指合金中各（３相稳定元素浓度与各自的临逡逑界浓度（能使退火态合金中Ｐ相体积分数多５０％时的浓度）的比值之和，ＢＰ逡逑Ｋ＾＾Ｌ邋＋邋￣邋＋邋＾Ｌ邋＋邋．．．邋＋邋＾ｒ逦（１－１）逡逑＾邋Ｑ／邋Ｑｉ邋Ｑｉ逦Ｃｋｎ逡逑式中：Ｃ，，．表示ｉ元素在钛合金中的实际浓度，Ｇ表示ｉ元素的临界浓度，常用钛合金ｐ相逡逑稳定元素的临界浓度如表１－１所示［２３］。根据ｐ相稳定系数的大小将钛合金分为：ａ型钛逡逑合金，其＆范围为０－０．０７；近ａ型钛合金，心范围为０．０７－０．２３；邋ａ＋ｐ型钛合金，心范逡逑围为０．２３－１．０；近（３型钦合金，＆范围为１．０－１．５；亚稳定ｐ型钛合金，＆范围为１．５－２．８；逡逑稳定Ｐ型钛合金的Ｐ相稳定系数＆大于２．８［２３’２６］。按照相组成与Ｐ相稳定元素含量的关逡逑系，结合（３相稳定系数可将钛合金的分类表示成图１－３所示的二维示意图。每类合逡逑金的组织与性能特点都是独特的
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23;TG156

【参考文献】

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本文编号：2669839