固溶时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金组织性能的影响
发布时间：2022-02-10 14:01
分析了不同固溶时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金抗拉强度、伸长率及显微组织的影响。结果表明,固溶处理后Ti-6Al-4V-0.5Si合金中存在较多的六方α′和斜方α″两种马氏体相和亚稳定相。时效处理后,马氏体相和亚稳定相分解再结晶得到分散的α+β相。综合分析表明,固溶时效工艺为950℃×30min（水冷,WQ）+480℃×4h（空冷,AQ）,合金的综合性能最好,此时合金的抗拉强度和伸长率分别为745.6MPa和8.3%,比铸态合金分别提高了24.8%和36.0%。
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(04)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同温度固溶处理后Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金的微观组织
图2为固溶后Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金在透射电镜下的TEM图及衍射花样，图2a和图2b中存在明显的针状马氏体组织诱发的位错缺陷[5]。图2c和图2d为薄区的衍射花样，通过Jade和Digital micrograph软件对TEM图进行标定，分析发现图2c为α′-Ti，其和α相晶格结构相同，属于密排六方结构，空间点阵为a=b=0.293nm,c=0.468nm，晶带轴为，α′与β相之间遵循布拉格晶体结构取向关系，由体心立方结构直接转变为密排六方结构，取向关系为α′（0001）∥β（110），α′[1120]∥β[111]，惯习面为β{334}或{344}。图2d上方衍射花样经标定为β-Ti，属于立方晶系，空间群为Im-3m(229），点阵常数为a=b=c=0.331 1nm，晶带轴为，下方衍射花样经标定为α″-Ti，属于斜方结构，空间点阵为a=0.301nm,b=0.496nm,c=0.466nm，晶带轴为，α″是β相向α′相转变的过渡相，是由于固溶过程中来不及转变为α′相，其与β相晶体结构之间取向关系为α″（001）∥β（110），α[111]∥β[111]，惯习面为β{113}。在钛合金中，马氏体相变的切变剪应力是由滑移和孪生切应力共同作用的，常见的切变晶面和方向有立方晶系中的β[111]β和β[111]β或者六方晶系中的。马氏体相析出的位置在板条状晶界处会有大量位错形成。2.3 时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金组织及性能影响
钛合金经过固溶形成的马氏体相及β过冷相不稳定，再次加热时会发生分解，不同的马氏体相及β过冷相分解过程有所不同，但其最终物相均为稳定的α+β相组织和共析反应生成的化合物[6,7]。钛合金时效温度为400～650℃，本试验将950℃×30min(WQ）固溶处理后的Ti-6Al-4V-0.5Si合金分别进行440、480、520、560℃的时效处理。图3为不同温度时效处理后Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金的金相组织，其中图3a和图3b趋于等轴组织，图3c和图3d趋于魏氏组织。这是由于马氏体分解过程中，可发生α相再结晶，在α相界和α′内部孪晶界面上下处均匀形核，从而消除针状α′相，获得弥散的α+β相组织，起到显著的强化效果。时效温度为440℃时，由于温度较低，合金元素大量存在于晶粒内部，使组织中仍有少量的亚稳定相组织，见图3a；当时效温度为480℃时，组织中主要为等轴α相，因此其塑性相对较好，见图3b；当时效温度继续升高时，发生再结晶的过程使晶粒逐渐长大，且合金元素逐渐向晶界处迁移，见图3d，大量的第二相在晶界处析出，严重降低了合金的综合性能。图4为不同时效温度处理后Ti-6Al-4V-0.5Si合金试样的力学性能。可以看出，在440～560℃，合金的抗拉强度随着时效温度的升高逐渐减小，伸长率呈先增加后减小的趋势变化。对于α+β型钛合金的时效强化处理过程，及合金固溶时生成的亚稳定β相、α′相、α″相及ω相的分解过程来看，时效温度越高，亚稳定β相、α′相、α″相及ω相分解的越充分，可获得弥散的α+β组织，及TixMx相，对合金产生强化效果[8,9]。但是随着时效温度升高，合金组织中大晶粒的β转变产物逐渐增多，导致合金的抗拉强度和伸长率持续减小[10]。当时效温度为440℃时，合金的抗拉强度为750.6 MPa，伸长率为7.8%，当时效温度为480℃时，合金的抗拉强度为745.6MPa，伸长率为8.3%，综合分析认为480℃为Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金较为理想的时效温度，此时，抗拉强度和伸长率分别比时效处理前提高了11.9%和18.2%，比铸态合金提高了24.8%和36.0%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低成本钛合金研究现状与发展趋势[J]. 冯秋元,佟学文,王俭,王鼎春,高颀. 材料导报. 2017(09)
[2]钛及钛合金材料经济性及低成本方法论述[J]. 李献民,刘立,董洁,赵普. 中国材料进展. 2015(05)
[3]Mo对Ti-Mo系合金显微组织的影响及其强化效应[J]. 卢金文,葛鹏,赵永庆. 材料工程. 2013(09)
本文编号：3619006
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(04)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
不同温度固溶处理后Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金的微观组织
图2为固溶后Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金在透射电镜下的TEM图及衍射花样，图2a和图2b中存在明显的针状马氏体组织诱发的位错缺陷[5]。图2c和图2d为薄区的衍射花样，通过Jade和Digital micrograph软件对TEM图进行标定，分析发现图2c为α′-Ti，其和α相晶格结构相同，属于密排六方结构，空间点阵为a=b=0.293nm,c=0.468nm，晶带轴为，α′与β相之间遵循布拉格晶体结构取向关系，由体心立方结构直接转变为密排六方结构，取向关系为α′（0001）∥β（110），α′[1120]∥β[111]，惯习面为β{334}或{344}。图2d上方衍射花样经标定为β-Ti，属于立方晶系，空间群为Im-3m(229），点阵常数为a=b=c=0.331 1nm，晶带轴为，下方衍射花样经标定为α″-Ti，属于斜方结构，空间点阵为a=0.301nm,b=0.496nm,c=0.466nm，晶带轴为，α″是β相向α′相转变的过渡相，是由于固溶过程中来不及转变为α′相，其与β相晶体结构之间取向关系为α″（001）∥β（110），α[111]∥β[111]，惯习面为β{113}。在钛合金中，马氏体相变的切变剪应力是由滑移和孪生切应力共同作用的，常见的切变晶面和方向有立方晶系中的β[111]β和β[111]β或者六方晶系中的。马氏体相析出的位置在板条状晶界处会有大量位错形成。2.3 时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金组织及性能影响
钛合金经过固溶形成的马氏体相及β过冷相不稳定，再次加热时会发生分解，不同的马氏体相及β过冷相分解过程有所不同，但其最终物相均为稳定的α+β相组织和共析反应生成的化合物[6,7]。钛合金时效温度为400～650℃，本试验将950℃×30min(WQ）固溶处理后的Ti-6Al-4V-0.5Si合金分别进行440、480、520、560℃的时效处理。图3为不同温度时效处理后Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金的金相组织，其中图3a和图3b趋于等轴组织，图3c和图3d趋于魏氏组织。这是由于马氏体分解过程中，可发生α相再结晶，在α相界和α′内部孪晶界面上下处均匀形核，从而消除针状α′相，获得弥散的α+β相组织，起到显著的强化效果。时效温度为440℃时，由于温度较低，合金元素大量存在于晶粒内部，使组织中仍有少量的亚稳定相组织，见图3a；当时效温度为480℃时，组织中主要为等轴α相，因此其塑性相对较好，见图3b；当时效温度继续升高时，发生再结晶的过程使晶粒逐渐长大，且合金元素逐渐向晶界处迁移，见图3d，大量的第二相在晶界处析出，严重降低了合金的综合性能。图4为不同时效温度处理后Ti-6Al-4V-0.5Si合金试样的力学性能。可以看出，在440～560℃，合金的抗拉强度随着时效温度的升高逐渐减小，伸长率呈先增加后减小的趋势变化。对于α+β型钛合金的时效强化处理过程，及合金固溶时生成的亚稳定β相、α′相、α″相及ω相的分解过程来看，时效温度越高，亚稳定β相、α′相、α″相及ω相分解的越充分，可获得弥散的α+β组织，及TixMx相，对合金产生强化效果[8,9]。但是随着时效温度升高，合金组织中大晶粒的β转变产物逐渐增多，导致合金的抗拉强度和伸长率持续减小[10]。当时效温度为440℃时，合金的抗拉强度为750.6 MPa，伸长率为7.8%，当时效温度为480℃时，合金的抗拉强度为745.6MPa，伸长率为8.3%，综合分析认为480℃为Ti-6Al-4V-0.5Si钛合金较为理想的时效温度，此时，抗拉强度和伸长率分别比时效处理前提高了11.9%和18.2%，比铸态合金提高了24.8%和36.0%。
【参考文献】：
期刊论文
[1]低成本钛合金研究现状与发展趋势[J]. 冯秋元,佟学文,王俭,王鼎春,高颀. 材料导报. 2017(09)
[2]钛及钛合金材料经济性及低成本方法论述[J]. 李献民,刘立,董洁,赵普. 中国材料进展. 2015(05)
[3]Mo对Ti-Mo系合金显微组织的影响及其强化效应[J]. 卢金文,葛鹏,赵永庆. 材料工程. 2013(09)
本文编号：3619006
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