熱處理對TC4鈦合金厚板組織和性能的影響
發布人：上海艾荔艾合金股份有限公司www.shailiai.cn
更新時間：2016-04-23
通過正交試驗設計方法，研究了固溶溫度、固溶時間、時效溫度、時效時間四因素對TC4鈦合金厚板顯微組織、室溫拉伸性能及斷裂韌性的影響趨勢，對比分析了不同熱處理制度下的顯微組織差異及其與合金性能的關系，確定了TC4鈦合金厚板分別獲得最佳室溫強度-塑性或最佳室溫強度-韌性匹配的熱處理制度。
? ? TC4鈦合金具有優異的綜合性能和良好的工藝特性，是鈦合金中使用最廣泛、最成熟的(α+β)兩相鈦合金。普通TC4鈦合金抗拉強度一般要求在800MPa～1000MPa之間，伸長率4%～16%之間，斷裂韌性典型值K1c為55MPa·m1/2，雙態組織的K1c最高可達65MPa·m1/2。然而低間隙TC4鈦合金由于嚴格控制間隙元素C、O、N和雜質元素Fe的含量，雖然會降低一定強度，但其斷裂韌性K1c可達到85MPa·m1/2。科研人員采用普通TC4鈦合金厚板，嘗試僅通過固溶時效熱處理，使其在強度水平不降低的情況下斷裂韌性達到低間隙TC4鈦合金的水平。因此通過正交試驗設計方法，研究了固溶溫度、固溶時間、時效溫度、時效時間四因素對TC4鈦合金厚板顯微組織、室溫拉伸性能及斷裂韌性的影響趨勢，對比分析了不同熱處理制度下的顯微組織差異及其與合金性能的關系，確定了TC4鈦合金厚板分別獲得最佳室溫強度-塑性或最佳室溫強度-韌性匹配的熱處理制度。
? ? 試驗材料為70mm厚TC4鈦合金板材，該合金板經單相區和兩相區多火次軋制而成，得到的顯微組織為兩相區的加工組織，即轉變β基本上分布著片層狀α相，其長度在20μm～40μm，片層狀α相平均寬度約為8μm，且有明顯的加工流線，采用金相法測定該合金的相變點溫度為（985±5）℃。
? ? 按照正交設計試驗，以極差為依據研究固溶溫度（975、995、1015、1045℃）、固溶時間（10、20、40、60min）、時效溫度（670、700、730、760℃）和時效時間（1、2、4、6h）對TC4鈦合金厚板組織性能的影響，篩選出最佳試驗條件及有關影響因素的大小，固溶處理和時效處理后的冷卻方式均選擇空冷，按各因素和水平設計的16種試驗方案進行試樣熱處理，沿板材軋制方向切取工作段Φ5mm×25mm的標準拉伸試樣。斷裂韌性試樣取板材L-T方向，采用厚度B=20mm，寬度W=40mm的CT試樣。分別進行室溫拉伸和斷裂韌性測試，觀察顯微組織形貌及斷口形貌。試驗結果如下:? ? （1）TC4鈦合金厚板在975℃相變點下固溶處理后顯微組織為雙態組織，晶界處析出互不相連的球狀和長條狀初生α相，晶內為β轉變組織中分布有次生的片狀α相；而在995、1015或1045℃相變點上固溶處理后，初生α相全部消失，組織為魏氏組織，晶界平直而清晰，晶內為針狀α相。
? ? （2）相變點上固溶處理的試樣，其裂紋擴展路徑曲折，主裂紋上有許多的微小裂紋，斷口粗糙，高低起伏較明顯，斷口處有明顯的韌窩；而相變點下固溶處理的試樣，其裂紋擴展路徑平滑，斷口沒有明顯的高低起伏，斷口為纖維狀撕裂。
? ? （3）TC4鈦合金厚板室溫強度、塑性及斷裂韌性主要受固溶溫度影響，隨固溶溫度從975℃相變點下增加到1045℃相變點上，強度變化不大，伸長率和斷面收縮率大幅下降，斷裂韌性明顯升高，995℃固溶處理，670～760℃時效處理可使TC4鈦合金厚板獲得最佳強度-韌性匹配，此時抗拉強度可達940MPa以上，塑性可達8%以上，K1c可達87MPa·m1/2以上。
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