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不同锻造工艺对TC4钛棒、钛合金锻件显微组织及力学性能的影响

[ 信息发布:本站 | 发布时间:2019-01-26 | 浏览:235次 ]

钛合金的变形抗力大,化学性质活泼,因而锻造过程具有特殊的问题与困难。首先,钛合金锻件的组织性能对锻造热力参数十分敏感。钛合金的锻造温度范围比较窄,在锻造过程中,随着变形速率的增加,其变形抗力显著增加,表现出了强烈的应变速率敏感性。其次,钛合金的导热性较差,在锻造过程中容易产生局部过热现象,造成较大的内外温度差,加剧坯料内外变形程度分布的不均匀性,导致锻造过程中产生开裂现象,严重时会造成产品报废。因此,研究不同锻造工艺对钛合金组织与力学性能的影响,以寻求合理的锻造工艺来成形钛合金锻件具有重要的实际生产意义。 

钛棒

TC4钛合金由于具有优良的性能,在航空航天、汽车及医疗等领域得到了广泛的应用,是目前应用最广的一种α+β型两相钛合金。国内外学者对该钛合金的各种性能及加工工艺展开了大量的研究,然而,系统研究不同锻造工艺对TC4 钛合金微观组织与力学性能影响的甚少。科研人员研究了β锻造、近β锻造和(α+β)两相区锻造3种不同锻造工艺对TC4钛合金棒材微观组织与力学性能的影响,以期选定较为优化的锻造工艺方案,为生产符合要求的TC4钛合金锻件提供参考。

实验采用的TC4钛合金原材料尺寸为Φ100mm×450mm的锻坯,采用金相法测得(α+β)/β相变点(Tβ)为990℃。

钛锻件

为了研究锻造工艺对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响规律,将锻坯等分为3段,分别进行常规锻造(Tβ-60℃)、近β锻造(Tβ-20℃)和β锻造(Tβ+40℃)工艺试验,变形量为50%。锻造设备为3t自由锻锤。锻后,对经3种工艺得到的锻件进行900℃×1h/AC+600℃×4h/AC双重热处理。热处理后,在TC4钛合金锻件上截取金相试样、拉伸试样和冲击试样,在金相显微镜下观察其显微组织。采用图像分析软件完成等轴α相含量和次生片层α相厚度等显微组织参数的定量统计。试验结果表明:

(1)TC4钛合金经α+β锻造、近β锻造和β锻造3种工艺锻造后,分别获得等轴组织、混合组织以及片层组织。

(2)α+β锻造、近β锻造和β锻造后TC4钛合金棒材的强度相当,而α+β锻造和近β锻造后塑性较β锻造高,但β锻造后TC4钛合金棒材的冲击韧性最佳。近β锻造后TC4钛合金棒材表现出最佳的综合力学性能。

(3)3种锻造工艺下的TC4钛合金棒材的拉伸试样断口均呈现韧性断裂机制,α+β锻造和近β锻造具有较深且分布均匀的等轴韧窝,而β锻造后合金呈现较为平坦且拉长的韧窝。

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