锻态TC16钛合金棒热处理工艺研究
发布时间：2021-03-23 12:26
TC16是一种马氏体型α+β两相钛合金,β稳定化系数Kβ=0.8,完全淬透的最大横截面厚度可达60 mm,可制造大规格紧固件。文献中研究对象基本为规格Φ20 mm以下棒、丝材,采用轧制定径。鲜见对锻态组织的热处理工艺研究。结合工程化中对该类合金稳定性优化的需求,开展了锻态TC16钛合金棒的热处理工艺研究工作。本文以规格Φ50 mm的锻钛TC16钛合金棒为研究对象,采用不同温度及冷却方式分别进行了固溶和固溶时效两类热处理,通过光学金相组织分析、扫描电镜断口分析,结合拉伸试验、冷顶锻试验和剪切试验,研究了不同热处理工艺对该合金组织结构和力学性能的影响。对锻态TC16钛合金棒的力学性能相关性做了初步研究,为该合金的工程化生产提供理论依据和数据支撑。研究表明:锻态TC16钛合金棒经780℃～900℃固溶空冷后,组织结构由等轴组织逐渐转变为细片层魏氏组织,屈强比为0.85～0.87,经820℃固溶空冷后,强度和塑性匹配较佳;锻态TC16钛合金棒经780℃～900℃固溶水冷后,组织结构由等轴组织逐渐转变为过饱和马氏体,屈强比为0.22～0.64,屈服强度受固溶温度影响明显,而...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类钛合金的主要特征
西安建筑科技大学硕士学位论文3的最低含量，计算钼当量eqMo，从而对钛合金进行分类。钼当量eqMo计算公式为公式1-1。=()eqiMiooCCxM（1-1）式中，ix为合金中i元素的含量；MoC和iC分别为Mo和i元素临界浓度；i为合金组成元素。表1.1β稳定元素的临界浓度Table1.1Criticalconcentrationofβstableelement元素TaNbWVMoNiCoMnCrFeω%453622.01511.08.59.56.56.55.5453622.51510.09.07.06.56.33.5平均453622.31510.58.88.36.56.44.0表1.1中β稳定元素的临界浓度分别来自两个不同文献[10-11]。从表中的数据可以看出，不同文献中的数据有所不同，但是差异并不明显，可以取其平均值。一般认为临界浓度是衡量钛合金中合金元素对稳定β相能力的一种指标，表1.1从左到右的合金元素对β相的稳定性依次增强。利用表1.1的平均值，可以得到合金钼当量的表达式1-2，计算结果为实验用TC16钛合金=92.8Moeq，为亚稳定β型钛合金。83.0/%79.0/%38.0/%43.1/%62.0/62.0/%1.2/%2.4/4.3/%%%FVnMiNCeooMoMTCrWaNbeq+++++++++=（1-2）1.2.2合金设计图1.2合金元素对钛合金相图的影响示意图Fig.1.2Schematicdiagramoftheinfluenceofalloyingelementsonthephasediagramoftitaniumalloy（a）（b）（c）（d）
西安建筑科技大学硕士学位论文7等轴组织:当两相钛合金在α→β相转变温度以下40℃热变形后可获得该组织。特点是初生α颗粒含量比较多，含有一定量的β转变组织。不同显微组织的合金性能存在差异，其中等轴组织断裂韧性最差，强度、塑性相反，如图1.3（d）所示。文献[16]对TC11钛合金等轴组织热加工图、热变形行为和组织机制及演变过程进行了研究表明：应变速率和变形温度显著影响着TC11钛合金等轴组织在两相区间的变形能力、热变形行为和组织演变机制，其等温超塑性较为合理的工艺参数温度范围为900℃～950℃之间。图1.3钛合金典型显微组织Fig.1.3Typicalmicrostructureoftitaniumalloy通过大量的检测与实践，统计形成了钛合金四种典型组织形态下合金力学性能与显微组织的一般关系（见表1.2），表中显示每一种组织都有其对应的力学性能优势项和劣势项。例如，魏氏组织由于其片成结构使得室温下位错阻力增大，室温强度最高，高温下由于粗晶和晶界处杂质元素的钉扎强化作用使得高温瞬时拉伸的屈服强度和屈强比较高，因而，高温持久和蠕变性能最高。而等轴组织由于晶粒细小因而室温下塑性和冲击韧性最高，但高温持久和蠕变性能最低。高温瞬时塑性方面，除了魏氏组织由于集束变形困难，塑性最低，其它三种组织形态对高温瞬时塑性的影响没有显著差异。在β区变形或β区热处理获得的片层状组织结构，可获得更高的断裂韧性和抗裂纹扩展速率。这是由于原始β晶界和α集
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷连轧对TC16钛合金丝材组织性能的影响[J]. 罗锦华,孙小平,杨辉,侯峰起,李海涛,赖运金. 中国材料进展. 2017(04)
[2]TC16钛合金辊模拉丝过程中的显微组织和力学性能[J]. 张志强,董利民,关少轩,杨锐. 金属学报. 2017(04)
[3]关于先进战斗机结构制造用钛概述[J]. 刘志成,张利军,薛祥义. 航空制造技术. 2017(06)
[4]紧固件用TC16钛合金强化热处理工艺研究[J]. 庄宝潼,刘风雷,朱成祥. 航空制造技术. 2016(19)
[5]退火工艺对TC16钛合金组织与性能的影响[J]. 李永兵,郭艳伟,乔家英,邸伟,张艳姝,张济山. 金属热处理. 2015(05)
[6]固溶处理对TC16钛合金显微组织和拉伸性能的影响[J]. 刘全明,张朝晖,刘世锋,杨海瑛. 四川大学学报(自然科学版). 2015(02)
[7]新型β钛合金相变点的测定[J]. 王庆娟,高颀,王鼎春,李献民,杨奇. 热加工工艺. 2014(06)
[8]TC16钛合金的冷镦组织与性能[J]. 王富强,沙春鹏,孙小岚. 材料与冶金学报. 2013(03)
[9]我国紧固件发展趋势与前景浅析[J]. 赵霞. 机械工业标准化与质量. 2012(12)
[10]宇航飞行器紧固件用钛合金的发展[J]. 倪沛彤,韩明臣,张英明,朱梅生,董亚军. 钛工业进展. 2012(03)
博士论文
[1]置氢钛合金亚稳相变及其室温变形行为的研究[D]. 孙中刚.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]TC21钛合金热变形及热处理微观组织演变研究[D]. 余新平.南昌航空大学 2015
[2]热处理对TC21钛合金组织和性能的影响[D]. 张民.西北工业大学 2004
本文编号：3095790
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各类钛合金的主要特征
西安建筑科技大学硕士学位论文3的最低含量，计算钼当量eqMo，从而对钛合金进行分类。钼当量eqMo计算公式为公式1-1。=()eqiMiooCCxM（1-1）式中，ix为合金中i元素的含量；MoC和iC分别为Mo和i元素临界浓度；i为合金组成元素。表1.1β稳定元素的临界浓度Table1.1Criticalconcentrationofβstableelement元素TaNbWVMoNiCoMnCrFeω%453622.01511.08.59.56.56.55.5453622.51510.09.07.06.56.33.5平均453622.31510.58.88.36.56.44.0表1.1中β稳定元素的临界浓度分别来自两个不同文献[10-11]。从表中的数据可以看出，不同文献中的数据有所不同，但是差异并不明显，可以取其平均值。一般认为临界浓度是衡量钛合金中合金元素对稳定β相能力的一种指标，表1.1从左到右的合金元素对β相的稳定性依次增强。利用表1.1的平均值，可以得到合金钼当量的表达式1-2，计算结果为实验用TC16钛合金=92.8Moeq，为亚稳定β型钛合金。83.0/%79.0/%38.0/%43.1/%62.0/62.0/%1.2/%2.4/4.3/%%%FVnMiNCeooMoMTCrWaNbeq+++++++++=（1-2）1.2.2合金设计图1.2合金元素对钛合金相图的影响示意图Fig.1.2Schematicdiagramoftheinfluenceofalloyingelementsonthephasediagramoftitaniumalloy（a）（b）（c）（d）
西安建筑科技大学硕士学位论文7等轴组织:当两相钛合金在α→β相转变温度以下40℃热变形后可获得该组织。特点是初生α颗粒含量比较多，含有一定量的β转变组织。不同显微组织的合金性能存在差异，其中等轴组织断裂韧性最差，强度、塑性相反，如图1.3（d）所示。文献[16]对TC11钛合金等轴组织热加工图、热变形行为和组织机制及演变过程进行了研究表明：应变速率和变形温度显著影响着TC11钛合金等轴组织在两相区间的变形能力、热变形行为和组织演变机制，其等温超塑性较为合理的工艺参数温度范围为900℃～950℃之间。图1.3钛合金典型显微组织Fig.1.3Typicalmicrostructureoftitaniumalloy通过大量的检测与实践，统计形成了钛合金四种典型组织形态下合金力学性能与显微组织的一般关系（见表1.2），表中显示每一种组织都有其对应的力学性能优势项和劣势项。例如，魏氏组织由于其片成结构使得室温下位错阻力增大，室温强度最高，高温下由于粗晶和晶界处杂质元素的钉扎强化作用使得高温瞬时拉伸的屈服强度和屈强比较高，因而，高温持久和蠕变性能最高。而等轴组织由于晶粒细小因而室温下塑性和冲击韧性最高，但高温持久和蠕变性能最低。高温瞬时塑性方面，除了魏氏组织由于集束变形困难，塑性最低，其它三种组织形态对高温瞬时塑性的影响没有显著差异。在β区变形或β区热处理获得的片层状组织结构，可获得更高的断裂韧性和抗裂纹扩展速率。这是由于原始β晶界和α集
【参考文献】：
期刊论文
[1]冷连轧对TC16钛合金丝材组织性能的影响[J]. 罗锦华,孙小平,杨辉,侯峰起,李海涛,赖运金. 中国材料进展. 2017(04)
[2]TC16钛合金辊模拉丝过程中的显微组织和力学性能[J]. 张志强,董利民,关少轩,杨锐. 金属学报. 2017(04)
[3]关于先进战斗机结构制造用钛概述[J]. 刘志成,张利军,薛祥义. 航空制造技术. 2017(06)
[4]紧固件用TC16钛合金强化热处理工艺研究[J]. 庄宝潼,刘风雷,朱成祥. 航空制造技术. 2016(19)
[5]退火工艺对TC16钛合金组织与性能的影响[J]. 李永兵,郭艳伟,乔家英,邸伟,张艳姝,张济山. 金属热处理. 2015(05)
[6]固溶处理对TC16钛合金显微组织和拉伸性能的影响[J]. 刘全明,张朝晖,刘世锋,杨海瑛. 四川大学学报(自然科学版). 2015(02)
[7]新型β钛合金相变点的测定[J]. 王庆娟,高颀,王鼎春,李献民,杨奇. 热加工工艺. 2014(06)
[8]TC16钛合金的冷镦组织与性能[J]. 王富强,沙春鹏,孙小岚. 材料与冶金学报. 2013(03)
[9]我国紧固件发展趋势与前景浅析[J]. 赵霞. 机械工业标准化与质量. 2012(12)
[10]宇航飞行器紧固件用钛合金的发展[J]. 倪沛彤,韩明臣,张英明,朱梅生,董亚军. 钛工业进展. 2012(03)
博士论文
[1]置氢钛合金亚稳相变及其室温变形行为的研究[D]. 孙中刚.大连理工大学 2009
硕士论文
[1]TC21钛合金热变形及热处理微观组织演变研究[D]. 余新平.南昌航空大学 2015
[2]热处理对TC21钛合金组织和性能的影响[D]. 张民.西北工业大学 2004
本文编号：3095790
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