随着航空航天技术的不休提高,对出产造作航空器资料的要求越来越高,钛合金在航空航天中拥有辽阔的使用远景[1]
。国内关于α+β两相钛合金的钻研较多,而关于TA15钛合金的钻研相对较少,TA15钛合金是一种利用极度宽泛的近α钛合金,它的强度、热稳性和抗蠕变性均很好,还是沉要的危险容限型钛合金[2]
。合金成分会影响TA15钛合金的力学机能,钻研发现,合金中的主合金元素对合金机能的影响较大,当初生α相的含量削减、次生α相片层的宽度较细时,合金的强度提高,塑性降落[3-4]
。在热处置过程中引入H元素,TA15钛合金中α相和β相的相对含量也会随H含量的变动产生变动[5]
。随着退火温度的不休升高,TA15钛合金晶粒的等轴化水平增大,初生α相的含量逐步削减[6]
。通过退火、固溶+时效和双沉热处置等热处置工艺能够优化TA15钛合金的组织,显著提高合金的力学机能[7-9]
。相宜的形变工艺,能够细化TA15钛合金的晶粒,提高其综合机能[10-12]
。对热处置加工后的TA15钛合金进行退火,能够使TA15钛合金的力学机能获得最佳匹配[13]
。热处置工艺分歧,TA15钛合金中初生α相的含量和状态均会随之变动,进而影响合金的塑性[14]
。因而,TA15钛合金必要经过一系列复杂的热处置,能力获得组织均匀、力学机能优异的半制品或零件,所以对TA15钛合金进行系统的热处置工艺钻研以及优化是极度必要的
。本文通过对锻压TA15钛合金试样进行700~820℃的退火处置,钻研初生α相和次生α相间的转变法规,凭据热处置后锻压TA15钛合金的微观组织和力学机能的变动情况,分析得到拥有最佳机能匹配的热处置工艺
。

1、试验资料与步骤

试验所拔取的资料为锻压TA15钛合金棒材,它的名义成分为Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V
。该合金的现实化学成分如表1所示
。

将锻压TA15钛合金试样棒材表表全数涂覆防氧化涂料后,先在箱式电阻炉中进行退火处置,再进行试样棒材切割、加工出尺度试样
。热处置造度为(700~820)℃×2h,空冷(AC)(每隔30℃设为一个热处置造度)
。退火处置工艺如图1所示
。

分歧温度退火处置后的锻压TA15钛合金试样通过UTM5350电子全能试验机进行高和善室温的拉伸机能测试,设备载荷领域为0~300kN,载荷精度为0.5%,加载速度为0.5 mm·min-1
。拉伸试样凭据ASTME8/E8M—2011[15]尺度造备
。依照GB/T229—2020[16]要求,在JB-300型摆锤式冲击试验机上进行冲击试验
。选取U形缺口试样,尺寸为10mm×10mm×55mm
。别离测出分歧热处置前提下,室温时的抗拉强度Rm、屈服强度ReL、断面收缩率Z、伸长率A、冲击功Aku
。锻压TA15钛合金高温(500℃)拉伸试样与室温前提下的试样一样,当设定温度不变后保温20min起头测试,别离测出锻压TA15钛合金高温时的抗拉强度、断面收缩率与伸长率
。每种机能测试3组数据,求均匀值,以削减试验所带来的误差
。

利用OLYMPUS-GX51型颠倒式光学显微镜对热处置后的锻压TA15钛合金金相组织进行观察,显微照片利用PhotoShop进行处置,将初生α相进行涂黑处置,处置后可观察到相的组成情况
。通过显微镜自带的QLYCIAm3软件对处置后的金相组织进行分析,统计显微组织中各重要组成相的相对体积分数
。QLYCIAm3金相分析系统能够利用数学、光 学等技术理论,对金相照片进行图像分析、面积状态分析和粒子计数分析等,被宽泛利用于资料检测等科学和工程钻研,为资料出产过程提供质量节造
。

2、了局与会商

2.1显微组织分析

图2为分歧热处置造度下锻压TA15钛合金的金相组织,初生α相为等轴状,次生α相为片层状,热处置后等轴状初生α相散布均匀
。图2a为700℃退火后的显微组织,相组成重要为初生α相、部门次生α相、还有少量基体β相,初生α相所占比例最大;图2b和图2c别离为730和760℃退火后的显微组织,相组成蕴含初生α相和次生α相,初生α相占绝大部门,但在700℃退火后有所降低,注明初生α相随着温度的升高逐步削减,次生α相随着温度的升高逐步增长;图2d和图2e别离为790和820℃退火后的显微组织,相组成蕴含初生α相和次生α相,次生α相随着温度的升高逐步增多,初生α相的含量随着退火温度的升高而降低,基体β相的含量变动不大
。

通过观察金相组织,发现分歧热处置温度的试样中,初生α相、次生α相以及β相之间黏连在一路,不便于统计组织中各相的相对含量
。利用PhotoShop软件对显微组织中的初生α相进行涂黑处置,其余为次生α相以及基体β相
。再通过QLYCIAm3金相分析系统处置涂黑的组织,对各相进行体积分数统计,取3组数据求均匀值,得到各相的相对体积分数
。处置后的锻压TA15钛合金金相组织如图3所示,图3中初生α相标注为深色,其余为次生α相以及基体β相
。

锻压TA15钛合金的塑性由次生α相与初生α相决定
。提高初生α相的含量,合金的塑性变大,提高次生α相的含量,合金的塑性降低
。图4为分歧热处置造度下锻压TA15钛合金中初生α相、次生α相的相对体积分数
。退火温度为700℃时,初生α相的相对体积分数为70.35%,次生α相的相对体积分数为3.84%
。退火温度为820℃时,初生α相的相对体积分数为46.94%,次生α相的相对体积分数为18.26%
。随着退火温度的逐步升高,初生α相的含量逐步降低,次生α相的含量逐步增长,基体相的含量根基不变
。

2.2退火处置对锻压TA15钛合金力学机能的影响

2.2.1室温力学机能测试

锻压TA15钛合金退火处置后,室温前提下的力学机能如图5所示
。图5a为锻压TA15钛合金抗拉强度的变动曲线,随着退火温度的升高,抗拉强度逐步增大,退火温度为820 ℃时,分歧取样方向下的试样的抗拉强度均达到最大值,其中纵向抗拉强度达到986MPa;图5b为锻压TA15钛合金屈服强度的变动曲线,总体来说,随着退火温度的升高,与抗拉强度的变动法规类似,在820℃时纵向屈服强度达到最大值882MPa;图5c、图5d别离为锻压TA15钛合金伸长率和断面收缩率的变动曲线,随退火温度的升高,一样取样方向的力学机能的变动趋向根基一样,820℃退火的样品,其纵向伸长率为13.5%;图5e为锻压TA15钛合金冲击韧性的变动曲线,分歧的取样方向,机能的变动法规也分歧,随着退火温度的升高,横向取样时,冲击韧性呈“几”字形变动;纵向取样时,冲击韧性在800℃时达到最大值后略有降低
。

2.2.2高温力学机能测试

锻压TA15钛合金退火处置后,高温(500℃)力学机能如图6所示
。图6a为锻压TA15钛合金抗拉强度的变动法规,横向抗拉强度在820℃时达到最大值;图6b为锻压TA15钛合金伸长率的变动法规,随着退火温度的升高,横向伸长率在760℃时达到最大值,纵向伸长率在820℃时达到最大值;图6c为锻压TA15钛合金断面收缩率的变动法规,横向断面收缩率在760℃时达到最大值58%,纵向断面收缩率在820℃时达到最大值63%
。

2.3退火处置后锻压TA15钛合金的显微组织与力学机能的关系

由以上了局能够看出,锻压TA15钛合金的显微组织对热处置工艺参数极度敏感,选取分歧的退火温度能够得到分歧的显微组织,而合金的力学机能又取决于合金组织中各组成相的状态、相对体积分数和大幼尺寸等成分
。锻压TA15钛合金的显微组织在700~820℃的退火温度领域内,金相组织重要蕴含初生α相、次生α相以及基体β相
。随着退火温度的逐步升高,初生α相的含量削减,次生α相的含量增多,在820℃时初生α相的含量至少,次生α相的含量最多,基体β相的含量根基没有变动
。退火后锻压TA15钛合金的力学机能产生显著变动,随着退火温度的升高,锻压TA15钛合金的抗拉强度和屈服强度的变动趋向根基一致,在820℃时达到最大值;伸长率、断面收缩率、冲击韧性随着退火温度的升高并未单调的降落,在分歧的退火温度下也会出现最大值
。这是由于:在双态组织中,随着初生等轴α相的削减,β基体、次生片层α相的相界面增多,会使钛合金的强度提高,伸长率降低,而α相和原始β相晶粒尺寸的减幼有利于提高钛合金的塑性
。锻压TA15钛合金在相变点温度以下进行热处置,820℃时的组织和机能匹配最佳
。

3、结论

(1)锻压TA15钛合金在700~820℃退火处置后,显微组织中重要由初生等轴α相、基体β相以及次生片层状α相组成
。

(2)随着退火温度的升高,初生α相的含量逐步降低,相对体积分数由70.35%降至46.42%,次生α相的相对体积分数由3.84%升高至18.26%
。

(3)锻压TA15钛合金的力学机能与取样方向有关,室和善高温(500℃)前提下的力学机能受分歧热处置造度的影响较大
。且随着退火温度的升高,锻压TA15钛合金强度先降低后升高,塑性先增高后降低
。

(4)对比分歧热处置温度下样品的室和善高温(500℃)前提下的拉伸机能,在820℃退火的样品,其抗拉强度最高为986MPa,伸长率为13.5%,强度和塑性匹配较好
。

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