1、序言
TC11钛合金是新型航空设备上起头利用的一种α-β型钛合金,该合金是一种综合机能优良的热强钛合金,在500℃以下拥有优异的热强机能(高温强度、蠕变抗力等),并拥有较高室温强度及优良的热加工工艺机能,重要利用于航空发起机压气机盘、叶片、鼓筒及飞机结构件等零件。随着航空领域技术的不休发展,航空零件的造作对钛合金的机能提出了较高的要求,其机能与资料内部组织结构亲昵有关,通过选取相宜的热处置工艺进行内部显微组织的调控,可获得拥有优异组织机能迪胙合金零件 [1-4] 。
本文钻研了TC11钛合金在双沉退火和固溶时效两种热处置工艺下的组织和机能特点,确定了固溶时效工艺作为提高抗拉强度的最终强化热处置工艺,并进行分歧固溶、时效工艺参数的热处置试验,分析了TC11钛合金固溶时效工艺参数-显微组织-力学机能之间的相互影响机造,并对固溶和时效工艺参数进行优化分析,得到了可获得良好组织机能的强化热处置工艺组合,达到了图样对零件力学机能的要求,且为后续的TC11钛合金理论钻研堆集了丰硕的数据,拥有沉要的理论和工程现实意思。
2、试验资料及步骤
2.1 试验资料及规格
本钻研试验用TC11钛合金的化学成分经入厂复验合格,其含量切合GJB-2218A—2008尺度中的成分要求 。 热处置工艺试棒尺寸为φ16mm×400mm,资料初始状态为双沉退火,显微组织如图1所示,组织状态为典型双态组织,由肯定含量白色等轴球状的初生α相和散布着藐幼针状次生α相的β转变组织组成。

2.2 试验步骤
凭据TC11钛合金有关技术尺度和文件钻研结论,造订试验钻研热处置工艺造度,选取微机节造电子全能试验机CMT5105进行拉伸试验检测力学机能,显微组织检测为在试棒上切取组织观察试样,经镶嵌、磨抛和侵蚀后造作TC11金相试样,选取蔡司Axio Imager A1m金相显微镜进行显微组织观察并拍摄组织照片。
3、会商和分析
3.1 分歧热处置工艺对TC11组织机能的影响凭据TC11钛合金有关热处置技术尺度,造订了分歧热处置工艺试验造度,见表1,别离为试验号A、B和C,试验号A为固溶+时效热处置造度,试验号B和C为双沉退火热处置造度,按表1中热处置造度进行工艺试验。
对热处置后的试棒进行拉伸机能检测,获得的抗拉强度值见表1,可知均满足不了图样划定的抗拉强度1150MPa±100MPa要求,试验号A固溶时效的强度值偏高,超过上限值,而试验号B和C双沉退火的强度值偏低,达不到下限值。

试验号A、B和C的显微组织照片如图2所示。图2a为固溶、时效状态组织,由图可知,在α+β两相区上部温度加热后,淬火急剧冷却,保留下来大量的亚不变β相,是一种过鼓和固溶体(多稳相),由于冷却速度快,过冷度大,再结晶晶粒来不及长大,同时引起了晶格畸变,促使在时效过程中,大量藐幼、无方向性的针状α相从亚不变β转变相中析出,并交叉分列在β转变基体上,并蕴含少量初生α相。图2b和图2c为双沉退火状态组织,由白色等轴球状的初生α相和散布着少量藐幼针状次生α相的β转变组织组成。对比图2中的组织,可知固溶时效状态中的等轴初生α相数量显著少于双沉退火状态且尺寸较大,而针状次生α相的含量显著多于双沉退火状态,由文件[2]可知,随着针状次生α相的增长,交错分列的α相界面故障了滑移的进行,使得合金变形难题,其强度逐步增长,而随着初生等轴α相的增长,其强度降低,塑性和韧性增长,可知固溶时效强度显著高于双沉退火。

3.2 分歧固溶、时效工艺造度对TC11组织机能影响
凭据以上分析可知,选取双沉退火较难达到图样技术要求,结合上述钻研结论,造订TC11钛合金固溶、时效热处置工艺造度,见表2。通过对固溶、时效热处置工艺参数进行试验钻研,别离钻研固溶温度、固溶功夫、时效温度和时效功夫对其显微组织和力学机能的影响法规。

将表2中9组热处置试棒加工成拉力试样检测力学机能,获得的力学机能值见表3。由表3可知,试验号1、4和8对应的强度值可满足1150MPa±100MPa的要求,且拥有较好的塑性。


凭据文件[1-2]可知,TC11钛合金固溶功夫和时效功夫对力学机能影响不大,图3为TC11钛合金分歧固溶温度和时效温度下的抗拉强度变动曲线,由图可知,固溶温度为930℃和950℃时,抗拉强度值随时效温度的升高而降低,固溶温度为980℃时,抗拉强度值随着时效温度的升高先升高后降低;其时效温度为530℃时,抗拉强度值随着固溶温度的增高先升高后降低,其时效温度为600℃和650℃时,抗拉强度值随着固溶温度的升高而增高。
别离将9组热处置试棒造备金相组织观察试样,图4为选取显微镜拍摄的500倍下TC11显微组织照片,按图片挨次别离对应表2中的试验号。由图4可知,试验号1、4和8的显微组织为典型双态组织,由白色等轴初生α相和散布着藐幼针状次生α相的β转变组织组成,与图2a对比可知,图4a、4d和4h中的初生α相含量较多,藐幼针状次生α相较少,所以抗拉强度值有所降低。由图可知,其时效温度为600℃和650℃时,随着固溶温度的升高,初生α相含量不休削减,β转变组织增多,使得强度不休提高;当固溶温度为930℃和950℃时,随着时效温度的升高,β转变组织上次生α相不休长大,使得强杜仔所降低。

4、实现语
1)TC11钛合金双沉退火和固溶时效热处置工艺获得的组织状态有所差距,固溶时效状态中的等轴初生α相少于双沉退火状态且尺寸较大,而针状次生α相的含量显著多于双沉退火状态,导致固溶时效强度高于双沉退火的强度。
2)当固溶温度为930℃和950℃时,抗拉强度值随着时效温度的升高而降低,固溶温度为980℃时,抗拉强度值随着时效温度的升高先增高后降低;其时效温度为530℃时,抗拉强度值随着固溶温度的增高先升高后降低,其时效温度为600℃和650℃时,抗拉强度值随着固溶温度的升高而增高。
3)得出3组固溶时效热处置造度的强度值切合图样的要求领域,组织由白色等轴初生α相和散布着藐幼针状次生α相的β转变组织组成,热处置造度别离为30℃×0.5h/600℃×6h、 930℃×1h/650℃×3h和950℃×1.5h/650℃×6h,对应的强度均匀值别离为1210MPa、1155MPa和1170MPa。
参考文件:
[1] 唐光听,朱张校. TC11合金在分歧热处置前提下的显微组织分析[J].罕见金属,2002,26(2):146-148.
[2] 王金惠. TC11钛合金的高温变形行为及热处置工艺对合金组织机能的影响[D].长沙:中南大学硕士学位论文,2010.
[3] 姚梦,刘勇,朱景川.TC11钛合金双沉热处置工艺设计[J].热处置技术与设备,2016,37(5):65-70.
[4] 张雪敏,张伟,李海峰,等. TC11钛合金大规格环材的组织与机能钻研[J].铸造与冲压,2019(19):58-61.
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