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Ti5553高強(qiáng)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(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時(shí)間：2014-10-29
Ti5553合金是一種新型高強(qiáng)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(jī)和空客A350飛機(jī)的起落架、機(jī)翼結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jī)和空客A350飛機(jī)的起落架、機(jī)翼結(jié)構(gòu)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(jù)統(tǒng)計(jì)，采用Ti5553合金可以使飛機(jī)的總質(zhì)量減輕8%，在我國(guó)C919等大型民用飛機(jī)上也得到了推廣應(yīng)用，也可進(jìn)一步推廣應(yīng)用于其它軍用飛機(jī)上。
實(shí)際使用中的Ti5553合金多是網(wǎng)籃組織，即α轉(zhuǎn)＋β轉(zhuǎn)組織，也就是在β轉(zhuǎn)基體上存在片狀α轉(zhuǎn)組織。理想的Ti5553合金組織應(yīng)該是β晶粒細(xì)小、晶粒內(nèi)部α轉(zhuǎn)相細(xì)密、β晶界處存在細(xì)小斷續(xù)的片狀α轉(zhuǎn)相的網(wǎng)籃組織。這種網(wǎng)籃組織可以使Ti5553合金的強(qiáng)度、塑性和斷裂韌性得到較好的匹配，綜合性能優(yōu)良。
由于生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC熱處理后，取樣觀察金相組織發(fā)現(xiàn)：組織粗大且不均勻，β晶界處存在連續(xù)平直厚大的片狀α轉(zhuǎn)相，且還有β斑存在。通常這種組織的鈦合金強(qiáng)度偏低，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求值，影響構(gòu)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(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而塑性和斷裂韌性匹配良好的鍛件。
實(shí)驗(yàn)材料為Φ250mm×200mm的Ti5553合金軋制棒材，其β相變點(diǎn)為840℃。分別按照表1給出的兩種熱加工工藝對(duì)其進(jìn)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(duì)經(jīng)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(jìn)行表征。拉伸性能和斷裂韌性測(cè)試采用CL-3001拉伸試驗(yàn)機(jī)；顯微組織觀察在CL-2002金相顯微鏡上完成。
試驗(yàn)結(jié)果表明：通過2種不同熱加工工藝都可以獲得具有細(xì)密網(wǎng)籃組織的Ti5553合金，且性能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。而熱加工工藝2獲得的Ti5553合金強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性不但均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而且達(dá)到了良好匹配。
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