钛脊合金拥有比强度高、耐高温、耐低温、耐侵蚀性、密度幼等多多优异个性,在汽车工业、军工领域、航天航空等领域均匀宽泛的使用,拥有极度优良的发展远景[1,2]。Ti- 6.5A1-2Zr-1Mo-1V 合金(也称 TA15 合金)是一种典型的近 α 型钛合金,拥有适中的强度,由于该合金不只增长α 型不变元素 Al 和 β 型不变元素 Mo 和 V,同时增长了一 定量的中央元素 Zr,使该合金具备优异的焊接机能、热不变机能和优良的塑性等特点,在航天发起机叶片、飞机轮毂、飞机承沉件等领域有宽泛使用[3,4]。
由于 Ti-6.5A1-2Zr-1Mo-1V 合金的利用领域宽泛,故对机能的要求愈加严格,钻研领域也极度多元化,范朝等[5]钻研了 TA15合金粉体造备及其 SLM 成形机能,了局批注 : 雾化压力的大幼,对分歧地位的粉体的松装密度和流动性有显著影响 ;而扭转随熔炼功率除了影响松装密度和流动性表,对粉体卫星球和球形水平的优异性也有影响 ;在造成的 样品横截面处有格子描摹出现,大量交错散布马氏体存在格子内部 ;而纵截面地位则出现肯定数量的 β 柱状晶。马庆等[6] 钻研了 TA15钛合金双路次热压缩变形软化行为及等 轴 α 相组织演变法规,了局批注 :流动应力的大幼受到应变速度和变形温度的影响 ;合金在保温时,有静态软化景象产生,变形温度越高其软化率越高,同时发现合金组织中的 等轴 α 相在此过程中细化显著,其细化水平受到静态软化影响。
本文以 Ti-6.5A1-2Zr-1Mo-1V钛合金棒材为钻研对象,钻研棒材在经退火处置后,分歧地位微观组织和拉伸机能,索求现实出产中遇到的问题,为该合金的利用作出肯定参考。
1、 试验资料与步骤
本试验资料为新疆湘润新资料科技有限公司出产的直径为 150mm 的棒材,该棒材经三次真空熔炼以及多火次铸造而成(图1a所示),其制品化学成分为(质量分数,%):6.7Al、1.7Mo、2.2V、0.2O、Ti 余 量。Ti-6.5A1-2Zr-1Mo-1V 棒材锻态低倍组织如图1b所示,由图1b可得,棒材低倍组织为均匀的半吞吐以及吞吐晶,晶粒散布十吩旖均,并无冶金缺点以及肉眼可见的裂纹、折叠、分层组织、气孔、偏析、细晶亮带,以及金属或非金属同化,切合《GJB 2744A-2007 航空用钛脊合金锻件规范》的 2 类组织。
凭据《GB/T 23605 ? 2009 钛合金转变温度 β 测定步骤》测得合金的相变点为 1010℃ ~1015℃,其相变金相组织如图 2 所示。
从制品棒材中切取长度为80mm样棒,按《GJB3763A-2004钛脊合金热处置》中所划定造度对棒材进行热处置,其热处置造度为850℃×2h/AC,随后进行微观组织以及力学机能的测试,拉伸状貌的取样方向别离T向(棒材横向)和L向(棒材纵向),微观组织使用型号为ICX41M的光学显微镜观察,使用INSTRON全能试验机测试棒材的室温以及高温拉伸机能,其中每组试验测试三个状貌,最后取均匀值。

2、 了局与会商
2.1 原始微观组织
棒材铸造实现后,在锻棒的边部、D/4 处、心部门别进行显微组织观察,棒材具体描摹如图 3 所示,棒材横向和纵向的微观组织为典型的 α+β 两相区铸造加工而成的组织,组织中原始 β 晶界齐全破碎,组织由初生 α 相和 β 转变组织组成 β 转变组织蕴含轴藐幼的次生 α 相和 β 残,其中棒材边部以及 D/4 处的微观组织中拥有较高的等轴化水平,而心部组织中出现少量被拉长的初生 α 相组织,总体而言,组织横纵向差距较幼。

2.2 退火态微观组织
经退火后的锻棒边部横、纵向的显微组织(图 4a1、4b1)均为双态组织,与原始金相组织相比,横向组织中除等轴 α 相表,还存在少量拉长 α 相组织,经检测可得其初生 α 相含量为 47.8%,α 晶粒均匀直径为 20.3μm,晶粒度级别为 8.3 级,拉长的条状初生 α 长度不超过 0.25 mm,该组织切合 GJB2744A-2007 中的 2 类组织。组织中纵向的初生 α 相含量为 42.8%,均匀 α 晶粒直径为 37.8μm,晶粒度级别 6.8 级,条状初生 α 长度不超过 0.25 mm,显微组织切合 GJB2744A-2007 中的 4 类组织。对比边部地位横、纵向显微组织,横向组织中初生 α 相含量略高于纵向显微组织,且横向组织中均匀 α 晶粒直径低于纵向组织,纵向组织中拉长 α 含量高于横向组织。

D/4 处 横、纵 向 的 显 微 组 织 与 头 部 组 织 类 似,经 检测横向组织初生 α 相含量为 54.5%,均匀 α 晶粒直径为16.2μm,晶粒度级别为 8.9 级,条状初生 α 长度不超过 0.25 mm,且显微组织切合 GJB2744A-2007 中的 2 类组织,纵向组织初生 α 相含量为 55.4%,均匀 α 晶粒直径为25.4μm,晶粒度级别 7.6 级,条状初生 α 长度不超过 0.25 mm,显微组织亦切合 GJB2744A-2007 的 2 类组织。对比D/4 处横、纵向显微组织,初生 α 向含量相差不大,纵向均匀晶粒度大于横向组织,横、纵向组织等轴化水平均较高,且有显著的方向性。
退火后棒材心部位横、纵向的显微组织同样为等轴α 和少量的拉长 α 组织,经检测横向组织初生 α 相含量为 62.0%,平 均 α 晶 粒 直 径 为 25.6μm,晶 粒 度 级 别 为7.6 级,条状初生 α 长度不超过 0.25mm,显微组织切合GJB2744A-2007 的 2 类 组 织,纵 向 组 织 初 生 α 相 含 量为 62.9%,平 均 α 晶 粒 直 径 为 27.0μm,晶 粒 度 级 别 7.5 级,条状初生 α 长度不超过 0.25 mm,显微组织亦切合GJB2744A-2007 的 4 类组织,对比中心部位横、纵向显微组织,初生 α 向含量以及均匀晶粒度尺寸均相差不大。 合金经退火处置后,组织中析出新的次生 α 相,与组织中渣滓的残存 β 相形成新的 β 转变组织,经退火后的组织仍为双态组织,组织的次生 α 相的析出由退火后的冷却速度以及 β 基体中元素含量所决定[7]。
退火温度的凹凸会影响组织中元素进行再分配,当温度较高时,α 相向 β 相转变会增多,而元素进行再分配会导致位于 β 相中的 β 不变元素含量降低,当 α 不变元素含量增长时,冷却过程中 β 相的不变性降落,促使次生 α 相析出。
2.3 退火后室温拉伸机能
在样棒 D/4 地位取室温拉伸试样,测试了局如表 1 所示,合金的抗拉以及屈服强度较高,且横、纵向差距较幼,切合尺度要求。

拉伸状貌在进行变形时,滑移会在等轴 α 晶粒中率先起头,在拉伸不休进行过程中,滑移会占据更多的初生 α相,由于组织中同时含有 β 转变组织,滑移还会向 β 转变组织内扩大,β 转变组织中的次生 α 相是对合金强度起到重要影响[8],多多的次生 α 订交错散布,同时相界面也会对滑移起到故障成效,增长合金变形难度,增长强度。由于等轴 α 相会减幼滑移带的间距,减幼位于晶界处的位错塞积,推迟浮泛的成长,增长断裂合金接受的形变水平,增长合金塑性[9-11]。
2.4 退火后高温拉伸机能
同样在样棒 D/4 地位取高温拉伸试样,拉伸温度为500℃,测试了局如表 2 所示,相比室温拉伸机能,合金的抗拉以及屈服强度较低,而塑性较高,横、纵向差距较幼,切合尺度要求。

通常情况下,提高变形温度会增长组织内部的热激活能,原子振幅与动能会增长,同时增长空位和位错的活跃水平,增长滑移系数量的同时降低滑移产生的临界分切应力,减幼晶面进行滑移时的故障,降低合金强度。同时,在进行高温拉伸时,部门位于组织中的相会溶化,强化作用减弱,进行拉伸时会产活泼态回复,提高位错内相的数量,提升软化机造,塑性增长。
3、 结论
(1)锻后棒材横向和纵向的微观组织为典型的 α+β 两相区铸造加工而成的组织,组织中原始 β 晶界齐全破碎,组织由初生 α 相和 β 转变组织组成 β 转变组织蕴含轴藐幼的次生 α 相和 β 残,横纵向组织差距较幼。
(2)与原始金相组织相比,退火后棒材的分歧地位的组织中除等轴 α 相表,还存在少量拉长 α 相组织。
(3)钛棒材室温的抗拉以及屈服强度较高,塑性优良,且横、纵向差距较幼。
(4)相比室温拉伸机能,棒材的高温拉伸强度较低,而塑性较高,横、纵向差距较幼。
参考文件:
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[6]马庆 , 魏科 , 唐海兵 , 等 .TA15 钛合金双路次热压缩变形软化行为及等轴 α 相组织演变法规 [J]. 资料热处置学报 ,2021,42(08):40-47.
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