新型β钛合金BTi20组织性能及断裂机理研究

发布时间：2018-03-25 00:23

  本文选题：β型钛合金　切入点：加工工艺　出处：《西安建筑科技大学》2017年硕士论文

【摘要】：β型钛合金具有比强度高,易热处理,淬透性好和加工性能好等特点,被广泛应用于航空航天领域。随着新型航空航天飞行器向着高速-大型-结构复杂-低燃油的方向发展,普通的高强β型钛合金难以满足航空航天材料对使用环境的苛刻要求,研发高强高韧β型钛合金已受到世界各国的高度关注。本文利用OM、SEM、硬度测试、室温拉伸试验和平面应变断裂韧性试验等手段,研究了锻造工艺及热处理工艺对BTi20钛合金Φ180mm锻件和□90mm锻件组织及性能的影响,分析了BTi20钛合金的断裂特征和断裂机理,并采用断裂韧性模型对合金的断裂韧性值进行预测。主要研究结果如下:BTi20钛合金经两相区锻造得到的Φ180mm锻件原始组织存在不均匀性。合金在相变点下固溶,从边部至心部,初生α相的形态呈现等轴→等轴+短棒+长条状→短棒+长条状的变化规律,随着固溶温度的升高,初生α相的体积分数逐渐减少。合金在相变点上固溶后,组织为单一的等轴β相,且固溶温度越高,β晶粒的尺寸越大。合金经固溶时效后,组织中出现了“β斑”现象。合金在750℃固溶+时效处理后,β基体上析出了等轴状初生α相和针状次生α相,次生α相的析出情况由合金的边部向心部,逐渐变得均匀;合金在800℃固溶+时效处理后,组织为针状次生α相和β相,次生α相的析出情况由合金的边部向心部,逐渐变得不均匀。Φ180mm锻件在750℃固溶+510℃时效处理后具有较好的韧性,强度和塑性较差,合金的强度由边部向心部逐渐增大,塑性和断裂韧性则逐渐减小。合金1/2R处有较好的强韧性匹配:Rm=1337MPa,A=8.5%,KIC=59.8MPa·m1/2;合金在800℃固溶+510℃时效处理后具有较高的强度(Rm"g1400MPa),塑性和韧性较差,合金的强度由边部向心部逐渐减小,塑性和断裂韧性则逐渐增大。BTi20钛合金经β锻和α+β锻得到的□90mm锻件其原始组织较均匀。合金经固溶时效后组织中无“β斑”现象。β锻合金经800℃固溶+时效处理后,随时效温度的升高,次生α相的析出方式以垂直析出→以“delta”形式析出→以相互平行方式析出,且时效温度越高,次生α相的尺寸越大;α+β锻合金经固溶时效后,次生α相表现为三种析出特性:“delta”形式析出、相互平行或垂直析出和“鱼骨状”形式析出。β锻和α+β锻的□90mm锻件在相同固溶条件下,随着时效温度的升高,合金的抗拉强度逐渐降低,伸长率和断裂韧性逐渐增大。在相同热处理条件下,β锻合金的断裂韧性要高于α+β锻合金。合金在800℃固溶+510℃时效具有良好的强韧性匹配:β锻合金的性能为Rm=1400.8MPa,A=8%,KIC=65.3MPa·m1/2;α+β锻合金的性能为Rm=1484.8MPa,A=8%,KIC=58.6MPa·m1/2。BTi20钛合金断裂韧性试样的剪切唇面积越大,裂纹扩展路径越曲折,合金的断裂韧性越高。合金扩展区的断裂模式以微孔聚集、穿晶解理和沿晶断裂的混合,其中以微孔聚集为主。不同状态下,BTi20钛合金的固有断裂韧性值相近,附加断裂韧性值则受锻造工艺、固溶温度和时效温度的影响。时效态合金的断裂韧性值可用进行模拟预测,误差都在10%之内。
[Abstract]:Beta type titanium alloy with high specific strength, easy heat treatment, quenching characteristics and good processing performance, is widely applied in the aerospace field. With the new aerospace vehicle high speed - large complex structure and low fuel development, high strength titanium alloy general difficult to meet aerospace materials use of the environment for the demanding requirements of research and development of high strength and high toughness titanium alloy has been attracted great attention all over the world. This paper uses OM, SEM, hardness test, tensile test and plane strain fracture toughness tests, studied the influence of forging process and heat treatment process of BTi20 titanium alloy forgings and organization - 90mm with 180mm forging and performance, analyzed the fracture characteristics and fracture mechanism of BTi20 alloy, and the fracture toughness model on fracture toughness value prediction. The main results are as follows: BTi20 titanium alloy by two-phase region 閿婚，

本文编号：1660724