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高温钛合金的研发及加工工艺

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-6-11 13:09:48
为了获得综合性能较好的钛合金,hvw00.com设计研制出一种加Nd新型600℃高温钛合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%),合金的特点是同时含有Mo和Nb两种β稳定元素和一种稀土元素Nd。高温钛合金的发展趋势则是加入稀土元素。我国在这方面做了很多研究,例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd,向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd,在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金热稳定性主要是通过稀土元素与合金基体中的氧作用,形成复杂化合物,净化合金基体,从而提高合金热强性和热稳定性。目前,国外600℃高温钛合金研究成果已用于航空发动机上,如英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。我国研制的600℃高温钛合金Ti60和Ti600合金性能已达到国际先进水平,高温钛合金的进一步发展受到热强性和热稳定性限制。600℃高温钛合金几乎全是Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Si系近α型高铝当量合金,这种合金会有较高的蠕变强度及瞬时拉伸强度,但经长期使用后热稳定性会有不同程度的下降。高温长时暴露过程中的表面氧化和内部显微组织的变化会显著降低合金的热稳定性。
 
TC17钛合金是一种综合性能优良的近β型合金,其名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(质量分数,%),该合金既可在α+β相区进行锻造也可在β相区进行锻造。它不但具有较高的强度、淬透性和断裂韧性,而且耐热稳定性好,疲劳性能高,热加工性能好。自上世纪70 年代以来,它以其优异性能逐渐进入航空制造领域,并作为压气机盘等锻件在较高推力的发动机上使用。科研人员通过三种锻造温度,研究锻造温度对TC17钛合金低倍组织亮斑的影响。
 
实验合金均为真空自耗电弧炉两次熔炼得到的5kg铸锭,经测定相变点为(1045±5)℃,两种合金铸锭均在β相区开坯,反复镦拔后经两相区最终精锻成直径为20mm的棒材。对两种合金均采用1000℃×1h/AC+700℃×2h/AC的热处理制度,热暴露试验是将热处理后的合金棒加工成拉伸试样在空气循环箱式炉中600℃下放置100h而完成,对热暴露前后的拉伸试样进行室温拉伸测试。
 
稀土Nd加入合金中,主要以含有O、Nd、Sn三种元素的稀土相颗粒形式存在,平均尺寸不到6μm,为高温稳定相。合金中弥散分布的稀土相颗粒减小了合金平均晶粒尺寸,并且可以阻碍界面及位错运动,起到提高合金强度的作用。稀土相中含有大量的O和Sn元素,降低合金基体的铝当量,从而抑制了α2相的大量析出,改善了合金热稳定性。
 
试验使用Φ140mmTC17钛棒。棒材显微组织为β基体上均匀分布等轴α相,α相含量约为50%。实验用材料由金相法测得该合金的相变点(α+β/β)为880~900℃。分别在950℃、850℃和830℃的3个温度下,在2500T快锻机上对坯料进行60%左右的变形,锻制成Φ90mm的钛合金棒材。对3种锻造温度生产的钛棒材进行低倍组织检验,观察低倍组织亮斑分布情况。在OLYMPUS GX71型金相显微镜上进行显微组织观察,利用能谱(EDS)分析和显微硬度测试等手段对亮斑进行分析,并对钛棒材经840℃/2h.AC+800℃/4h.WC+630℃/8h.AC处理后,检测钛棒材的力学性能和金相组织。锻造温度决定着钛合金的组织及性能,在钛合金的β相锻造过程中产生β相变是必然要经历的相变过程,但若是在两相锻造中则β斑为不允许出现的组织缺陷。通过合理的锻造温度选择,可以有效避免β斑产生。已有的研究表明,β斑点面积越大,对室温拉伸性能和低周疲劳性能影响越大。
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