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Ti5553高強高韌鈦合金航空航天鈦合金綜合性能提高的熱加工方法
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-10-29
Ti5553合金是一種新型高強高韌鈦合金，其名義成分為Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr。該合金屬于β型鈦合金，擁有良好的淬透性和較寬的加工工藝范圍，目前主要用于波音787飛機和空客A350飛機的起落架、機翼結構等20多種承力部件，代替了原來所使用的Ti-6Al-4V合金和Ti-1023合金。
Ti5553合金是一種新型高強高韌鈦合金，其名義成分為Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr。該合金屬于β型鈦合金，擁有良好的淬透性和較寬的加工工藝范圍，目前主要用于波音787飛機和空客A350飛機的起落架、機翼結構等20多種承力部件，代替了原來所使用的Ti-6Al-4V合金和Ti-1023合金。據統計，采用Ti5553合金可以使飛機的總質量減輕8%，在我國C919等大型民用飛機上也得到了推廣應用，也可進一步推廣應用于其它軍用飛機上。
實際使用中的Ti5553合金多是網籃組織，即α轉＋β轉組織，也就是在β轉基體上存在片狀α轉組織。理想的Ti5553合金組織應該是β晶粒細小、晶粒內部α轉相細密、β晶界處存在細小斷續的片狀α轉相的網籃組織。這種網籃組織可以使Ti5553合金的強度、塑性和斷裂韌性得到較好的匹配，綜合性能優良。
由于生產中有一批作為模鍛原料的Ti5553合金軋制棒材，按照MTL-3103及BMS7-360G標準的要求進行（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC熱處理后，取樣觀察金相組織發現：組織粗大且不均勻，β晶界處存在連續平直厚大的片狀α轉相，且還有β斑存在。通常這種組織的鈦合金強度偏低，達不到標準要求值，影響構件使用的可靠性。為此，科研人員探索用特殊的熱加工方法來改善Ti5553合金軋制棒材的組織和性能，以獲得組織致密，強度達到標準要求，而塑性和斷裂韌性匹配良好的鍛件。
實驗材料為Φ250mm×200mm的Ti5553合金軋制棒材，其β相變點為840℃。分別按照表1給出的兩種熱加工工藝對其進行加工。
表1?熱加工工藝方案
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熱加工工藝1?
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熱加工工藝2
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自由鍛：（Tβ-30）℃×160min，多向鐓拔，
變形量46%～63%
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自由鍛：（Tβ-30）℃×160min，多向鐓拔，
變形量46%～63%
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自由鍛制坯：（Tβ-30）℃×70min，變形量10.6%
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自由鍛制坯：（Tβ-30）℃×70min，變形量10.6%
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一火模鍛：（Tβ-30）℃×60?min，變形量13%
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一火模鍛：（Tβ-30）℃×60?min，變形量15%
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二火模鍛：（Tβ-30）℃×60?min，變形量18.6%
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二火模鍛：（Tβ＋20）℃×60?min，變形量23.5%
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熱處理：（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC
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熱處理：（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC
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對經過2種工藝熱加工后的Ti5553合金的顯微組織、拉伸性能和斷裂韌性進行表征。拉伸性能和斷裂韌性測試采用CL-3001拉伸試驗機；顯微組織觀察在CL-2002金相顯微鏡上完成。
試驗結果表明：通過2種不同熱加工工藝都可以獲得具有細密網籃組織的Ti5553合金，且性能達到了標準要求。而熱加工工藝2獲得的Ti5553合金強度、塑性、斷裂韌性不但均符合標準要求，而且達到了良好匹配。
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