热处理对低成本TC4合金板材组织和性能的影响
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Ti-6Al-4V钛合金已成为世界上所有钛合金牌号中品种规格较齐全、工业用量最大的国际通用型钛合金。不过,成本问题限制了钛合金的广泛应用。其中,占总成本60%以上的钛合金加工成本是各国降低成…
Ti-6Al-4V钛合金已成为世界上所有钛合金牌号中品种规格较齐全、工业用量最大的国际通用型钛合金。不过,成本问题限制了钛合金的广泛应用。其中,占总成本60%以上的钛合金加工成本是各国降低成本研究的重点。上世纪80年代末,国际上引入冷床熔炼技术。电子束冷床熔炼技术除了能够较好地消除高、低密度夹杂,获得细晶均质铸锭外,用电子束冷床炉生产的扁锭,还可直接进行轧制,省去了圆锭开坯、锻造等工序,能最大限度缩短生产流程,降低消耗,节约成本。电子束冷床炉单次熔炼Ti-6Al-4V合金铸锭直接轧制的板材在航空、兵器等领域获得应用。
利用某公司从德国进口2400kW电子束冷床熔炼炉,大量添加残料(约占原材料的80%),单次熔炼出TC4钛合金扁锭;将扁锭表面处理、包覆后在1200mm可逆式热轧机上经多火次换向轧制,成功热轧出8㎜厚板材,实现了TC4钛合金板材的低成本化制备。产品的内部组织决定其最终的使用性能,通过调节钛合金的热处理规范可改变其组织和力学性能。科研人员通过对板材进行不同的热处理,研究其对TC4钛合金板材显微组织和力学性能的影响,进而揭示TC4合金热处理工艺与组织和性能的关系,为合金更为广泛的应用提供实验数据和技术支持。
实验用材料取自上述公司板带厂生产的低成本TC4钛合金8mm厚板材,其化学成分符合GB 3620-2007规定。板材采用单向和交叉换向工艺轧制,由于换向工艺不仅能够消除组织不均匀性,而且可以减小性能的各向异性,获得较好的强度与塑性的匹配,因此本研究选用换向轧制工艺制备的板材。
板材轧制完成后,在板材本体上切取试样并按选定的热处理制度进行热处理。热处理制度如下:
A. 固溶750℃/1h,空冷+时效540℃/4h,炉冷;
B. 固溶930℃/1h,空冷+时效540℃/4h,炉冷;
C. 固溶950℃/1h,空冷+时效540℃/4h,炉冷。
试样热处理后,分别进行显微组织观察和室温力学性能测试。试验结果如下:
(1)TC4钛合金板材固溶处理时,随温度升高,合金中的初生α含量显著减少并逐渐趋于等轴化,而析出的次生α相含量增多。
(2)随着固溶温度的升高,合金的室温抗拉强度增加,但增加的幅度不大,而延伸率则略有降低。
(3)固溶750℃/1h,空冷+时效540℃/4h,炉冷处理后合金的强度最高,强度与塑性匹配较好。与750℃固溶处理相比,合金的强度显著提高。固溶930℃/1h,空冷+时效540℃/4h,炉冷处理后合金的强度、塑性与930℃固溶处理的相当。而固溶950℃/1h,空冷+时效540℃/4h,炉冷处理后合金的强度比950℃固溶处理的低,而塑性则略高。固溶+时效热处理后,随固溶温度升高,板材的强度和延伸率均呈下降趋势,但均满足GB/T3621-2007标准要求。
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