固溶時(shí)效對(duì)TB6鈦合金鍛件組織和性能的影響

TB6鈦合金是一種近β鈦合金，國(guó)外牌號(hào)為T(mén)i-10V-2Fe-3Ai，該材料具有較高比強(qiáng)度、良好的斷裂韌性、較高的淬透性、良好的切削性和抗腐蝕性等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，例如飛機(jī)渦輪盤(pán)、飛機(jī)起落架和直升機(jī)旋翼系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)航空領(lǐng)域TB6鈦合金主要應(yīng)用于直升機(jī)領(lǐng)域鍛件⑴。TB6鈦合金鍛件常用固溶時(shí)效熱處理工藝，固溶溫度、淬火冷速和時(shí)效溫度是影響鍛件性能的主要參數(shù),陳威⑵等人研究了單級(jí)時(shí)效和雙級(jí)時(shí)效工藝的影響;王文婷⑶等人研究了低溫時(shí)效的影響;劉彬⑷等人研究了TB6鈦合金多重固溶時(shí)效熱處理工藝對(duì)鍛件的影響。

本文通過(guò)采用φ130 mm規(guī)格TB6鈦合金棒材改鍛為自由鍛件,研究固溶和時(shí)效熱處理的溫度對(duì)自由鍛件組織和性能的影響,最終獲得應(yīng)用于鍛件生產(chǎn)交付的最優(yōu)熱處理工藝，同時(shí)掌握熱處理工藝和組織性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系,便于鍛件組織性能不合格問(wèn)題處理。

1、試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)用料

試驗(yàn)用料為φ130 mm規(guī)格棒材經(jīng)鍛造后的自由鍛件，自由鍛件尺寸為200 mm X 100 mm X60 mm，對(duì)應(yīng)鍛造方向?yàn)長(zhǎng)xLTxST。材料化學(xué)成分如表1所示。檢測(cè)材料相變點(diǎn)為806℃。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)鍛件規(guī)范要求鍛件采用兩相區(qū)熱處理,固溶選取T_β-(30 ~60℃)，水淬。時(shí)效選取510~540℃,空冷。鍛件規(guī)范中要求的熱處理時(shí)間變化對(duì)鍛件性能影響較小，因此本試驗(yàn)未選取不同時(shí)間對(duì)比的工藝試驗(yàn)。本試驗(yàn)中選取不同固溶和時(shí)效溫度試驗(yàn)方案如表2所示，固溶溫度選取770°C、760℃、750℃,時(shí)效溫度選取 540℃、530C、520°C。

按GJB 2744A—2007標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)鍛件，檢測(cè)項(xiàng)目和取樣方案見(jiàn)圖1,力學(xué)性能試樣取自截面中心。室溫拉伸選用φ5 mm X 50 mm試樣,試驗(yàn)方法按照GB/T 228. 1—2010要求;斷裂韌性試樣采用B =25 mm,試驗(yàn)方法按照GB/T 4161—2007要求;顯微組織和低倍試驗(yàn)方法按照GB/T 5168—2008要求。

2、結(jié)果與分析

2.1 固溶和時(shí)效溫度對(duì)力學(xué)性能的影響

圖2為T(mén)B6鈦合金自由鍛件經(jīng)過(guò)不同固溶和時(shí)效溫度熱處理后的力學(xué)性能。在相同的時(shí)效溫度下,隨著固溶溫度從770℃下降到750℃,可以看出，圖2(a)中抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，主要趨勢(shì)為固溶溫度每降10℃,抗拉強(qiáng)度下降約10 MPa；圖2(b)和圖2(c)中斷后伸長(zhǎng)率和斷裂韌性呈上升趨勢(shì)，固溶760℃較770℃斷后伸長(zhǎng)率明顯上升約2%，斷裂韌性明顯上升5  MPa ?m^1/2 ；固溶750C較760C斷后伸長(zhǎng)率和斷裂韌性略有上升，分別上升約1%和2 MPa ?m^1/2。

在相同的固溶溫度下，隨著時(shí)效溫度從520℃升高到540℃ ,可以看出，圖2(a)抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，時(shí)效溫度每升高10℃,抗拉強(qiáng)度下降約40 ~50 MPa；圖2(b)中斷后伸長(zhǎng)率略有升高趨勢(shì)；圖2(c)中時(shí)效520℃升高至530℃時(shí)斷裂韌性略有升高，約3 ~5 MPa ? m^1/2左右,但當(dāng)時(shí)效溫度由530C升高至540C時(shí)斷裂韌性明顯升高約 5 ~10 MPa ?m ^1/2 。

2.2 固溶和時(shí)效溫度對(duì)高低倍組織的影響

在相同固溶溫度情況下，不同時(shí)效溫度的鍛件低倍無(wú)不同之處。在相同時(shí)效溫度下,不同固溶溫度的鈦鍛件低倍有不同之處。圖3為分別在770°C、760°C、750°C固溶后520°C時(shí)效的低倍組織，可以看出固溶溫度越高晶粒越粗越清晰，遵循溫度升高晶粒長(zhǎng)大的普遍規(guī)律。自由鍛件中間變形量大，形成拉長(zhǎng)晶粒，低倍評(píng)級(jí)均滿(mǎn)足GJB2744A—2007中4級(jí)要求。

高倍組織如圖4和圖5所示,均為兩相區(qū)組織，由時(shí)效β基體和球狀或條狀初生α相組成,均滿(mǎn)足GJB 2744A—2007中2類(lèi)組織，初生α相含量均滿(mǎn)足不低于10%。原始β晶粒邊界未出現(xiàn)連續(xù)的、平直的α相網(wǎng)格，未出現(xiàn)粗大的晶界α相組織。在固溶溫度760℃時(shí)，不同時(shí)效溫度520°C、530°C、540°C情況下，高倍組織如圖4所示,隨著時(shí)效溫度的降低，初生α相含量略有降低。在時(shí)效溫度530C時(shí),不同固溶溫度770℃、760°C、750°C情況下，高倍組織如圖5所示，固溶溫度每降低10℃，初生α相含量增加約5% ~10%。

3、結(jié)論

(1)固溶溫度每降低10℃時(shí),抗拉強(qiáng)度下降約10 MPa,斷后伸長(zhǎng)率升高約1% ~2%，斷裂韌性升高約2~5 MPa,高倍組織中初生s相含量增加約5% -10%,低倍組織中晶粒略有變細(xì)。

(2) 時(shí)效溫度每升高10℃時(shí),抗拉強(qiáng)度下降約40 -50 MPa,斷后伸長(zhǎng)率略有升高；時(shí)效溫度520℃升到530 ℃時(shí)斷裂韌性升高約3~5MPa. m^1/2,時(shí)效溫度530℃升到540℃時(shí),斷裂韌性升高約5 ~10MPa. m^1/2,時(shí)效溫度對(duì)高低倍組織影響較小。

(3) 固溶選用750 ~760°C水冷，時(shí)效選用520℃~530℃空冷,室溫拉伸和斷裂韌性具有較好的匹配性,低倍晶粒較細(xì)，高倍組織中初生α相較多。

參考文獻(xiàn)

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