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Ti6Al4V钛合金自由鍛造闆坯的顯微組織及力學性能

更新時間:2017/01/09 09:34:35    浏覽次數: 2519     文章來源: 行業技術

Ti6Al4V钛合金(國内牌号TC4)具有中等的室溫和高溫強度,良好的蠕變抗力和熱穩定性,較高的疲勞性能和抗裂紋擴展抗力(海水中),以及良好的斷裂韌性和熱鹽應力腐蝕性能,适用于各種壓力加工方法成形,并采用各種方式進行焊接和機械加工。作為一種多用途材料,Ti6Al4V钛合金已經在航空航天工業和民用工業獲得了廣泛的應用。
  随着國内航空航天産品升級換代,對Ti6Al4V钛合金大規格闆材的需求日益增加,對其各種力學性能和成形性能也提出了越來越高的要求。高質量、大規格闆坯是成功制備Ti6Al4V钛合金大規格闆材的關鍵。
  科研人員主要研究寬幅闆坯不同變形區的顯微組織差異,旨在提高Ti6Al4V钛合金細晶闆坯的制備成熟度和批産穩定性,為後期高品質細晶寬幅闆材的軋制奠定組織基礎。
  試驗選用工業化生産的Ti6Al4V钛合金大型鑄錠。其采用真空自耗電弧爐3次熔煉,經扒皮後在鑄錠上、中、下3個部位分别取樣并進行化學成分測試,3個樣本實測數據的平均值為(質量分數,%):Al6.42,V4.09,Fe0.02,O0.20,Ti餘量。由此可以看出,Ti6Al4V钛合金工業級大型鑄錠的主成分元素Al、V和雜質元素Fe、O含量均勻性良好,無偏析,滿足高質量、大規格闆材對成分均勻性的要求。
  采用多火次镦拔自由鍛造工藝将鑄錠鍛造成闆坯,鍛造設備為45MN快鍛機,鍛造後成品闆坯尺寸為150mm×1060mm×1500mm。在距離闆坯邊部約100mm處對闆坯沿橫截面進行切割,觀察闆坯橫向低倍組織,按照GJB2505A-2008标準進行評級。按照要求在闆坯不同位置取金相試樣、拉伸試樣。依據GJB1538A-2008的标準進行顯微組織檢測并評級,對切取後的拉伸試樣坯料進行熱處理,熱處理工藝為810℃/1.5h/AC,對熱處理後的試樣依據GB/T228-2008的标準進行室溫拉伸性能測試。試驗結果如下:
  (1)闆坯橫向低倍組織為模糊晶,說明該鍛件鍛透性好,晶粒充分破碎,組織細化程度高。
  (2)闆坯橫向顯微組織以等軸狀α組織為主,闆坯心部的初生α平均尺寸略大于其他部位。存在組織差異的原因是闆坯心部變形量低于其他部位,晶粒破碎程度相對低。闆坯縱向顯微組織以長條狀的初生α為主,沿着變形伸長方向的金屬流線明顯,晶粒細小均勻,各取樣部位組織一緻性良好。
  (3)闆坯不同部位的室溫拉伸性能均滿足指标要求,且有較大的富裕,抗拉強度比标準要求高100MPa以上,屈服強度高出标準值87MPa以上,伸長率和斷面收縮率也有一定富餘。強度指标實測數據離散度極小,伸長率指标差異較小,說明該鍛造工藝達到了對闆坯成形均勻性的良好控制。

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