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鈦鍛造對TC4鈦棒、鈦合金棒性能及組織的影響

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鈦鍛造對TC4鈦棒、鈦合金棒性能及組織的影響

發布日期:2019-06-04 作者: 點擊:

鈦合金棒鍛造廠家

  TC4鈦合金是國內外應用廣泛的a+β型鈦合金,由于它具有比 強度高、耐腐蝕性好和綜合性能優越等特點,在航空航天、化工機械、醫藥工程等行業得到廣泛應用。TC4鈦合金常見的缺陷有合金元素的偏析和夾雜物、鑄造組織的殘留、脆化層、氫脆以及脆性和鍛 造裂紋等。我國在“十五”期間開始自主研制的一種中強高損傷容 限型鈦合金,與其他中強鈦合金鈦棒相比,其在強度、塑性水平相 當的條件下,具有更高的斷裂韌性和抗裂紋擴展能力,可廣泛用于 我國四代機、大飛機等重要機型的關鍵承力構件。采用兩相區退火 、兩相區固溶+時效,單相區固溶+時效的熱處理工藝,研究了不同 熱處理工藝對TC4鈦合金棒顯微組織和力學性能的影響,以獲得該 合金強度、塑性、韌性上佳匹配的熱處理工藝。

  (1)TC4鈦合金在兩相區進行普通退火和再結晶退火處理后發生再結晶,a相尺寸有所增大,且退火溫度越高,冷卻速度越慢,再結晶越 充分,并發生a相聚集長大,導致合金強度顯著下降,塑性增加。

  (2)在兩相區固溶+時效處理得到雙態組織,隨著時效溫度升高,次 生a相含量減少,a片層尺寸增大,合金的強度和斷裂韌性下降,塑 性有所提高。而當固溶時冷卻速度升高,時效時生成的次生片狀a相 更為細小,導致合金的強度升高,塑性和斷裂韌性下降。

  (3)在單相區固溶水冷獲得馬氏體組織,隨后進行時效處理,合金的 塑性急劇惡化,均發生脆斷。并且隨時效溫度升高,片層有所增厚 ,但析出的次生a相含量減少,鈦合金鈦棒的強度和斷裂韌性有所下 降。而在單相區固溶空冷獲得魏氏組織,隨后進行高溫時效處理, 將使a片層厚度進一步增大,且混亂交織程度減小,導致強度下降, 塑性和斷裂韌性均有所提高。

  (4)TC4鈦合金棒經950C/1h/WQ+550C/6h/AC熱處理,可以實現強度、 塑性、韌性的優化匹配,從而獲得優良的綜合力學性能。

  TC4鈦棒改鍛環件工藝是在950度兩火次加熱,鍛造成餅材,餅材擴 口成環材,其缺陷的產生有可能是因為改鍛工藝不當造成開裂,也 有可能是棒材本身存在著冶金缺陷如夾雜、偏析、氣孔等,而在隨 后的改鍛過程中由冶金缺陷造成開裂。通過理論計算,得出此套電 腦橫機天橋專用夾具的設計是完全符合理論設計要求的。于是筆者 制造出了此套夾具的實物,并將其安裝到Vcentei-70高精度數控加 工中心的工作臺上進行實際加工驗證。然后將加工出來的橫機天橋 零件成品放到三坐標測量機中進行精確的精度測量,得出其兩夾角 的角度誤差在0.2°~0.6°范圍內,符合技術要求。由于這套夾具 可以非常方便快速地實現天橋零件的加工定位,而不需要再通過其 他方式找正,因此適合天橋零件的大批量生產。


  鈦合金廠家鍛造溫度決定著鈦合金組織,在鈦合金的鍛造過程中產生β相變是 必然的,通過研究可以得出以下結論:

  (1)TC4鈦棒黑斑區域與正常區域主要化學成分無差異,無成 分偏析現象,因此黑斑不是化學成分偏析導致的相變組織。

  (2)TC4鈦棒黑斑區域的p相形貌和正常區域有較大差異,為單 相區形成的異常相變組織。

  (3)TC4鈦棒黑斑組織是在鍛造過程中鈦棒變形不均勻而產生 不同相變形成的不均勻組織。排除實驗誤差等影響,根據表2檢測結 果,說明鈦棒低倍黑斑區域和正常區域的Al、V、Fe以及鈦基體元素 含量均無明顯差別,說明黑斑區域無成分偏析的現象。因此鈦棒低倍黑斑組織與化學成分的偏析沒有直接的關系。


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