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高溫鈦合金的研發及加工工藝

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-6-11 13:09:48
為了獲得綜合性能較好的鈦合金,lh-ti.com設計研制出一種加Nd新型600℃高溫鈦合金Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb-Si-0.8Nd(wt%),合金的特點是同時含有Mo和Nb兩種β穩定元素和一種稀土元素Nd。高溫鈦合金的發展趨勢則是加入稀土元素。我國在這方面做了很多研究,例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd,向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd,在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金熱穩定性主要是通過稀土元素與合金基體中的氧作用,形成復雜化合物,凈化合金基體,從而提高合金熱強性和熱穩定性。目前,國外600℃高溫鈦合金研究成果已用于航空發動機上,如英國的IMI834、美國的Ti-1100、俄羅斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。我國研制的600℃高溫鈦合金Ti60和Ti600合金性能已達到國際先進水平,高溫鈦合金的進一步發展受到熱強性和熱穩定性限制。600℃高溫鈦合金幾乎全是Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Si系近α型高鋁當量合金,這種合金會有較高的蠕變強度及瞬時拉伸強度,但經長期使用后熱穩定性會有不同程度的下降。高溫長時暴露過程中的表面氧化和內部顯微組織的變化會顯著降低合金的熱穩定性。
 
TC17鈦合金是一種綜合性能優良的近β型合金,其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(質量分數,%),該合金既可在α+β相區進行鍛造也可在β相區進行鍛造。它不但具有較高的強度、淬透性和斷裂韌性,而且耐熱穩定性好,疲勞性能高,熱加工性能好。自上世紀70 年代以來,它以其優異性能逐漸進入航空制造領域,并作為壓氣機盤等鍛件在較高推力的發動機上使用。科研人員通過三種鍛造溫度,研究鍛造溫度對TC17鈦合金低倍組織亮斑的影響。
 
實驗合金均為真空自耗電弧爐兩次熔煉得到的5kg鑄錠,經測定相變點為(1045±5)℃,兩種合金鑄錠均在β相區開坯,反復鐓拔后經兩相區最終精鍛成直徑為20mm的棒材。對兩種合金均采用1000℃×1h/AC+700℃×2h/AC的熱處理制度,熱暴露試驗是將熱處理后的合金棒加工成拉伸試樣在空氣循環箱式爐中600℃下放置100h而完成,對熱暴露前后的拉伸試樣進行室溫拉伸測試。
 
稀土Nd加入合金中,主要以含有O、Nd、Sn三種元素的稀土相顆粒形式存在,平均尺寸不到6μm,為高溫穩定相。合金中彌散分布的稀土相顆粒減小了合金平均晶粒尺寸,并且可以阻礙界面及位錯運動,起到提高合金強度的作用。稀土相中含有大量的O和Sn元素,降低合金基體的鋁當量,從而抑制了α2相的大量析出,改善了合金熱穩定性。
 
試驗使用Φ140mmTC17鈦棒。棒材顯微組織為β基體上均勻分布等軸α相,α相含量約為50%。實驗用材料由金相法測得該合金的相變點(α+β/β)為880~900℃。分別在950℃、850℃和830℃的3個溫度下,在2500T快鍛機上對坯料進行60%左右的變形,鍛制成Φ90mm的鈦合金棒材。對3種鍛造溫度生產的鈦棒材進行低倍組織檢驗,觀察低倍組織亮斑分布情況。在OLYMPUS GX71型金相顯微鏡上進行顯微組織觀察,利用能譜(EDS)分析和顯微硬度測試等手段對亮斑進行分析,并對鈦棒材經840℃/2h.AC+800℃/4h.WC+630℃/8h.AC處理后,檢測鈦棒材的力學性能和金相組織。鍛造溫度決定著鈦合金的組織及性能,在鈦合金的β相鍛造過程中產生β相變是必然要經歷的相變過程,但若是在兩相鍛造中則β斑為不允許出現的組織缺陷。通過合理的鍛造溫度選擇,可以有效避免β斑產生。已有的研究表明,β斑點面積越大,對室溫拉伸性能和低周疲勞性能影響越大。
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