复合形变热处理对TA15近_钛合金组织和性能的影响

第27卷　第5期

2006年　10月

材　料　热　处　理　学　报

TRANSACTIONSOFMATERIALSANDHEATTREATMENT

Vol.27　No.5

October

2006

复合形变热处理对TA15近α钛合金组织和性能的影响

王　斌,　郭鸿镇,　姚泽坤,　赵　静,　赵张龙,　张明渊

(西北工业大学材料学院,陕西西安　710072)

摘　要:研究等温变形的条件下形变热处理对TA15近α型钛合金显微组织细化的效果。结果表明,可明显细化TA15钛合金的显微组织,并在一定程度上改善TA15可细化β晶粒并获得细针状马氏体α′和亚稳态的β相,稳β相分解而来的细针状α+β相。,其中高温持久性能提高幅度较大,。途径。

关键词:T　;　;　力学性能

中图分类号:;TG　　　文献标识码:A　　　文章编号:100926264(2006)0520070203

　　TA15钛合金是高铝当量近α型钛合金,它具有中等室温和高温强度,良好的热稳定性和焊接性

[1,2]能,是某些飞机及发动机结构用的一种重要的钛

[3]

合金材料。

钛合金的宏观与微观组织细化成为钛合金研究

[426]

领域的一个重要组成部分。形变热处理是一种比较常用的细化晶粒的方法,它是将塑性变形和热处理结合起来的一种工艺,在这种工艺过程中,形变终结时立即淬火。文献[7]在TC11两相钛合金精锻棒工

β处理水冷艺流程中增加α+β相区中间形变热处理、μ工序,使得初生等轴α相细化至119m,比常规工艺

μμ的(10m-20m)细化一个数量级,合金的室温强度比常规工艺的也有所提高。文献[8]对近β钛合金Ti21023采用形变热处理,使合金的显微组织有所细

α+ββ相变点为993-997℃。010017H,其余为Ti。Π

等温制坯及等温锻造在3150kN四柱液压机上进行,设备横梁速度为2mmΠs。长方形试样的尺寸为

60mm×30mm×21mm。试验采用两种工艺(表1),工艺No12采用形变热处理工艺,作为对比工艺No11未采用形变热处理工艺。工艺No12制坯过程中的两次高低温形变均在等温条件下进行并采用锻后水冷,变形方式分别为垂直于试样轴线的等温压缩与沿轴线的等温镦粗。工艺No11和工艺No12的等温锻造工序均为垂直试样轴线的等温压缩。热处理后对锻件进行显微组织观察,测试锻件的室温性能、高温性能,对室温拉伸试样断口进行扫描电镜分析。高温性能在500℃下测试,持久强度的拉伸应力选取470MPa。锻件的冲击性能测试采用U型缺口的冲击试样。

表1　试验方案

Table1　Experimentaldesign

TechnologyNo11

Preforming

Isothermalforging930℃,deformationof60%,AC

1030℃,deformation

No12

of60%,WQ+930℃,deformationof50%,WQ

930℃,deformationof60%,AC

Heattreatment810℃,1h,AC

化,室温拉伸强度有所提高。同时指出形变热处理的

效果与钛合金的类型有关。本文研究在等温变形条件下,复合形变热处理对近α型钛合金TA15显微组织及力学性能的影响。

1　试验材料及方法

试验材料为Φ130mm的TA15钛合金自由锻棒材,其化学成分(质量分数,%)为:6167Al,1172Mo,2125V,2116Zr,0107Fe,0104C,0102Si,0118O,0102N,

810℃,1h,AC

2　试验结果与分析

211　形变热处理对显微组织的影响

收稿日期:　2005212209;　修订日期:　2006202224

),男,西北工业大学材料学院硕士研究作者简介:　王　斌(1981—

生,主要从事等温锻造方面的研究,发表学术论文3篇,电话:029-88493744,E2mail:asire@http://。

工艺No12制坯中先采用1030℃等温变形,后水冷。1030℃处于TA15钛合金的β单相区,由文献[9]可知,在β单相区水冷,由于β相在快冷时来不及通

第5期王　斌等:复合形变热处理对TA15近α钛合金组织和性能的影响71

过扩散转变成平衡的α相,只能通过β相中原子作集

体有规则的近程迁移,发生切变相变成α稳定元素过饱和的固溶体,即针状α′马氏体,所以其显微组织为α′+亚稳定β组织。同时在单相区进行60%大变形可以有效的破碎β大晶粒,以便再结晶形成均匀细小的β晶粒。

制坯工艺中第2道工序930℃,50%等温变形、水冷的目的是在α+β两相区进行大变形,以充分破碎两相区锻造加热时从亚稳β相和α′马氏体针分解而来的细针状α+β相。这种组织在后续锻造变形中极易靠切变机理而破断,晶,工艺No12,再经930℃,60%等温锻后空冷工序,使锻件达到所要求的

形状与尺寸的同时,希望进一步通过大变形细化晶粒。最后经810℃,1h,AC的热处理,所得的显微组织如图1(b)所示。和图1(a)未经形变热处理(工艺No11)的显微组织进行比较。可以看出图1(a)中有大量粗大的初生等轴α相和沿变形方向分布的粗片状α相,而图1(b)中的初生等轴α相及少量片状α相明显细小得多,等轴性也明显提高。说明上述的单相区与两相区高低温复合形变热处理工艺对TA15近α钛合金的显微组织有显著的细化效果。另外由图1(b)还可以看出由于变形的不均匀性,显微组织中也还存在有不均匀现象。

212　形变热处理对力学性能的影响

图1　等温锻并经热处理后的显微组织

(a)No11;(b

)No12

Fig11　Microstructureofthealloyafterisothermal

forgingandheattreatment(a)No11;(b)No12

束后立即进行水冷,使锻件在塑性变形时晶粒内部产

生的位错及其它晶体缺陷全部或部分的保留至室温,在随后的热处理过程中,作为析出相的形核位置,使得次生α相更加均匀弥散细小。

表3　高温力学性能测试结果(500℃)