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锻造对TC4钛棒性能及组织的影响

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2016-1-6 15:31:07
TC4钛合金是国内外应用最广泛的a+β型钛合金,由于它具有比强度高、耐腐蚀性好和综合性能优越等特点,在航空航天、化工机械、医药工程等行业得到广泛应用。TC4钛合金常见的缺陷有合金元素的偏析和夹杂物、铸造组织的残留、脆化层、氢脆以及脆性和锻造裂纹等。我国在“十五”期间开始自主研制的一种中强高损伤容限型钛合金,与其他中强钛合金钛棒相比,其在强度、塑性水平相当的条件下,具有更高的断裂韧性和抗裂纹扩展能力,可广泛用于我国四代机、大飞机等重要机型的关键承力构件。本工作采用两相区退火、两相区固溶+时效,单相区固溶+时效的热处理工艺,研究了不同热处理工艺对TC4钛合金钛棒显微组织和力学性能的影响,以获得该合金强度、塑性、韧性最佳匹配的热处理工艺。
(1)TC4钛合金在两相区进行普通退火和再结晶退火处理后发生再结晶,a相尺寸有所增大,且退火温度越高,冷却速度越慢,再结晶越充分,并发生a相聚集长大,导致合金强度显著下降,塑性增加。
(2)在两相区固溶+时效处理得到双态组织,随着时效温度升高,次生a相含量减少,a片层尺寸增大,合金的强度和断裂韧性下降,塑性有所提高。而当固溶时冷却速度升高,时效时生成的次生片状a相更为细小,导致合金的强度升高,塑性和断裂韧性下降。
(3)在单相区固溶水冷获得马氏体组织,随后进行时效处理,合金的塑性急剧恶化,均发生脆断。并且随时效温度升高,片层有所增厚,但析出的次生a相含量减少,钛合金钛棒的强度和断裂韧性有所下降。而在单相区固溶空冷获得魏氏组织,随后进行高温时效处理,将使a片层厚度进一步增大,且混乱交织程度减小,导致强度下降,塑性和断裂韧性均有所提高。
(4)TC4钛合金棒经950C/1h/WQ+550C/6h/AC热处理,可以实现强度、塑性、韧性的最优化匹配,从而获得优良的综合力学性能。
 
TC4钛棒改锻环件工艺是在950度两火次加热,锻造成饼材,饼材扩口成环材,其缺陷的产生有可能是因为改锻工艺不当造成开裂,也有可能是棒材本身存在着冶金缺陷如夹杂、偏析、气孔等,而在随后的改锻过程中由冶金缺陷造成开裂。通过理论计算,得出此套电脑横机天桥专用夹具的设计是完全符合理论设计要求的。于是笔者制造出了此套夹具的实物,并将其安装到Vcentei-70高精度数控加工中心的工作台上进行实际加工验证。然后将加工出来的横机天桥零件成品放到三坐标测量机中进行精确的精度测量,得出其两夹角的角度误差在0.2°~0.6°范围内,符合技术要求。由于这套夹具可以非常方便快速地实现天桥零件的加工定位,而不需要再通过其他方式找正,因此适合天桥零件的大批量生产。
 
锻造温度决定着钛合金组织,在钛合金的锻造过程中产生β相变是必然的,通过本文的研究可以得出以下结论:(1)TC4钛合金钛棒黑斑区域与正常区域主要化学成分无差异,无成分偏析现象,因此黑斑不是化学成分偏析导致的相变组织。(2)TC4钛合金钛棒黑斑区域的p相形貌和正常区域有较大差异,为单相区形成的异常相变组织。(3)TC4钛合金钛棒黑斑组织是在锻造过程中钛棒变形不均匀而产生不同相变形成的不均匀组织。排除实验误差等影响,根据表2检测结果,说明钛棒低倍黑斑区域和正常区域的Al、V、Fe以及钛基体元素含量均无明显差别,说明黑斑区域无成分偏析的现象。因此钛棒低倍黑斑组织与化学成分的偏析没有直接的关系。
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