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      退火溫度對TC2鈦合金板材的組織和硬度的影響

      發(fā)布時(shí)間: 2023-09-25 09:37:47    瀏覽次數(shù):

      引言

      TC2鈦合金是一種中等強(qiáng)度的α+β型鈦合金,含有約4%Al和約1.5%Mn[1]。該合金板材的成形性能較好,在熱態(tài)和有限的冷態(tài)下均具有穩(wěn)定的成形性能。TC2鈦合金結(jié)構(gòu)件能夠在350℃以下的溫度運(yùn)行2000h,可在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用,尤其適合制作飛機(jī)機(jī)翼、安定面、襟翼和機(jī)翼等構(gòu)件及焊接結(jié)構(gòu)件,應(yīng)用非常廣泛[2-4]。

      熱處理是一種常用的材料加工手段,對改善材料組織和性能具有顯著的作用,不同的熱處理工藝有不同的作用。TC2鈦合金是一種新型合金,目前,熱處理工藝對TC2合金板材組織和性能的影響的研究還鮮有報(bào)道,因此有必要對其進(jìn)行深入研究。

      本文對TC2鈦合金板材進(jìn)行了不同溫度的退火處理,檢測了退火后板材的組織和硬度,以揭示退火溫度對TC2合金板材組織和性能的影響,獲得合理的熱處理工藝參數(shù),供實(shí)際生產(chǎn)參考。

      1、試驗(yàn)過程和方法

      試驗(yàn)研究用TC2鈦合金板材,采用二次真空自耗電弧爐熔煉,鑄坯經(jīng)熱軋機(jī)反復(fù)疊扎成1mm厚的板材。板材的熱軋態(tài)微觀組織如圖1所示。圖1表明,TC2鈦合金板材的熱軋態(tài)組織主要為初生的α相和轉(zhuǎn)變的β相,且分布比較均勻。

      t1.jpg

      通過金相法測得TC2合金的相變點(diǎn)為(955±5)℃。

      采用線切割制備試樣,尺寸為20mm×10mm×1mm,然后將試樣分成4組,分別進(jìn)行退火處理。

      退火溫度分別為650℃、680℃、710℃和740℃,保溫1h空冷。熱處理設(shè)備為KTY9100型高溫箱式電阻爐,熱處理完成后制備金相試樣(鑲嵌、粗磨、精磨、化學(xué)拋光和精拋),然后采用DMI5000M金相顯微鏡觀察顯微組織。采用HVS10型數(shù)顯小負(fù)荷維氏硬度計(jì)測量硬度。

      2、試驗(yàn)結(jié)果及分析

      2.1顯微觀組織

      圖2為不同溫度退火后TC2鈦合金板材的顯微組織。由圖2可以看出,在650℃和680℃退火的板材,其微觀組織的差異比較顯著,雖然均為雙相組織,但α相和β相的含量和分布明顯不同。其原因可能是,退火溫度升高,使得微觀組織中細(xì)小的次生α相逐漸溶入基體而消失,而比較粗大的α相則得以繼續(xù)存在并緩慢長大。當(dāng)退火溫度升高到710℃時(shí),退火后板材的微觀組織又發(fā)生了變化,次生α相長大,開始形成鏈狀和短棒狀結(jié)構(gòu),同時(shí)β相也逐漸長大,吞并晶界上的α相,呈不規(guī)則形態(tài)。隨著退火溫度升到740℃,退火后板材中 β相向α相轉(zhuǎn)化,含量減少,α相繼續(xù)長大,開始出現(xiàn)近似片狀的組織。

      t2.jpg

      2.2硬度

      采用HVS-10型數(shù)顯小負(fù)荷維氏硬度測定熱處理后試樣的硬度,每個(gè)試樣測3點(diǎn),取平均值,結(jié)果列于表1。由表1可以看出,退火溫度對TC2合金板材的硬度有一定影響,可能是因?yàn)橥嘶饻囟认嗖畈惶螅@種差異不是太明顯,但種硬度差異與微觀組織的變化相吻合。

      b1.jpg

      3、結(jié)論

      (1)隨著退火溫度從650℃升高至740℃,TC2鈦合金板材的微觀組織不斷變化:首先是小的次生α相逐漸溶入基體而消失,比較粗大的α相得以繼續(xù)存在并慢慢長大;而后形成鏈狀和短棒狀結(jié)構(gòu),同時(shí)β相也逐漸長大,吞并晶界的α相,呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài);最后α相長大成近似片狀。

      (2)TC2鈦合金板材的硬度隨著退火溫度的升高先降低后升高,650℃退火的板材硬度最高,710℃退火的最低,但硬度隨退火溫度的升高而變化的幅度不大。

      參考文獻(xiàn)

      [1]顏鳴皋,劉伯操,吳世平,等.中國航空材料手冊[M].2版.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

      [2]曹春曉.航空用鈦合金的發(fā)展概況[J].航空科學(xué)技術(shù),2005(4):3-6.

      [3]趙永慶,奚正平,曲恒磊,等.我國航空用鈦合金材料研究現(xiàn)狀[J].航空材料學(xué)報(bào),2003,10(23):215217.

      [4]黃張洪,曲恒磊,鄧超,等.航空用鈦及鈦合金的發(fā)展及應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào),2011,25(1):102-104.

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