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熱處理新工藝對鈦鋁基合金性能的影響

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦合金,鈦設備,鈦禮品 發布時間:2013-12-24 15:37:59
鋁基合金具有密度小、比強度高和高溫性能較好等優點,被認為是一種理想的、富有研究開發應用前景的航空航天用新型高溫結構材料。但是,存在的難熱加工塑性變形性、低的室溫延性、以及850℃以上抗氧化能力不足等缺陷,至今仍然阻礙著這種材料投入實際應用。其中,嚴重的室溫脆性問題尤為突出。研對表明,顯微組織顯著地影響著鈦鋁基合金的室溫力學性能,獲得均勻、細小的雙態組織的試樣表現出較高的室溫力學性能,特別是室溫延性。然而,鈦鋁基合金鑄態組織為粗大柱狀的α2/γ層片狀晶團,只有通過熱壓力變形才能使之破碎。可是,鈦鋁基合金層片狀晶團熱變形時表現出力學性能和變形亞結構的各向異性,以及鋸齒狀晶界對晶粒轉動抑制性,致使各個晶團在熱變形整個過程中表現出變形亞結構單調性。所以,總存在部分粗大層片狀晶團的層片結構在熱變形之后仍然保持完好。并且,鈦鋁基合金熱變形流變應力高,試樣與壓頭之間摩擦力很大,造成試樣內應力不均勻。存在著局部區域上應力很低,此處材料經歷的熱變形性不明顯,粗大層片狀晶團仍然保持。正是因為鈦鋁基合金熱變形過程的復雜性,其熱變形試樣上總存在著部分粗大的、未被熱變形破碎的層片狀晶團,它們在隨后兩相區加熱時表現出高的顯微組織熱穩定性而難以得到細化。為了得到均勻、細小的熱變形組織材料進行進一步研究,不得不有選擇性地從鍛坯上取樣。此外,由于鈦鋁基合金熱塑性低,導致鍛坯周邊及上、下表面形成大量縱深裂紋、以及均勻的熱變形組織只是部分地存在,所以,鍛坯的成材率很低,并時常由于所取試樣中夾帶個別粗晶,而導致力學性能差。
    本工作研究了雙溫熱處理工藝對從鈦鋁基合金鍛坯上隨機取得的試樣的顯微組織和室溫力學性能的影響。
    研究用合金的名義化學成分為Ti—33Al—3Cr—0.5Mo(質量分數,%,下同)。材料由自耗電弧爐熔煉而成。為了減輕化學成分偏析,采取了重熔技術。鑄錠經過1050℃,48h均勻化退火后,使用電火花線切割機切取d 50mm×100mm圓柱狀試樣。試樣經過HIP處理(1250℃,170MPa,4h)。熱壓力加工塑性交形在等溫鍛設備上進行,工藝條件為1040℃,3×10^(-4)s,82%。將鍛坯周邊含裂紋部分切除,隨機從剩余部分取樣進行熱處理和力學性能測試。室溫拉伸試驗在CSS—112型電子萬能試驗機上進行,拉伸試樣為圓棒狀,有效尺寸為d 3mm×18mm。采用X650型掃描電鏡對斷口形貌進行分析。熱處理后試佯按照標準方法制各成金相試樣,浸蝕劑選用Kroll溶液,顯微組織金相分析使用Leica-Quantimet520型光學金相顯微鏡和圖像分析儀,以及X650型掃描電鍍。TEM分析采用薄膜試樣,試樣由雙噴電解拋光技術制取。電解液配方為:700mL酒精+120mL甲醇+100mL二丁氧基乙醇+80mL高氯酸,操作條件為:-40℃,7—10mA,45V,觀察時采用CM12型透射電了顯微鏡,操作電壓為120kV。
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