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Ti6Al4V钛合金自由锻造板坯的显微组织及力学性能

更新时间:2017/01/09 09:34:35    浏览次数: 1476     文章来源: 行业技术

Ti6Al4V钛合金(国内牌号TC4)具有中等的室温和高温强度,良好的蠕变抗力和热稳定性,较高的疲劳性能和抗裂纹扩展抗力(海水中),以及良好的断裂韧性和热盐应力腐蚀性能,适用于各种压力加工方法成形,并采用各种方式进行焊接和机械加工。作为一种多用途材料,Ti6Al4V钛合金已经在航空航天工业和民用工业获得了广泛的应用。
  随着国内航空航天产品升级换代,对Ti6Al4V钛合金大规格板材的需求日益增加,对其各种力学性能和成形性能也提出了越来越高的要求。高质量、大规格板坯是成功制备Ti6Al4V钛合金大规格板材的关键。
  科研人员主要研究宽幅板坯不同变形区的显微组织差异,旨在提高Ti6Al4V钛合金细晶板坯的制备成熟度和批产稳定性,为后期高品质细晶宽幅板材的轧制奠定组织基础。
  试验选用工业化生产的Ti6Al4V钛合金大型铸锭。其采用真空自耗电弧炉3次熔炼,经扒皮后在铸锭上、中、下3个部位分别取样并进行化学成分测试,3个样本实测数据的平均值为(质量分数,%):Al6.42,V4.09,Fe0.02,O0.20,Ti余量。由此可以看出,Ti6Al4V钛合金工业级大型铸锭的主成分元素Al、V和杂质元素Fe、O含量均匀性良好,无偏析,满足高质量、大规格板材对成分均匀性的要求。
  采用多火次镦拔自由锻造工艺将铸锭锻造成板坯,锻造设备为45MN快锻机,锻造后成品板坯尺寸为150mm×1060mm×1500mm。在距离板坯边部约100mm处对板坯沿横截面进行切割,观察板坯横向低倍组织,按照GJB2505A-2008标准进行评级。按照要求在板坯不同位置取金相试样、拉伸试样。依据GJB1538A-2008的标准进行显微组织检测并评级,对切取后的拉伸试样坯料进行热处理,热处理工艺为810℃/1.5h/AC,对热处理后的试样依据GB/T228-2008的标准进行室温拉伸性能测试。试验结果如下:
  (1)板坯横向低倍组织为模糊晶,说明该锻件锻透性好,晶粒充分破碎,组织细化程度高。
  (2)板坯横向显微组织以等轴状α组织为主,板坯心部的初生α平均尺寸略大于其他部位。存在组织差异的原因是板坯心部变形量低于其他部位,晶粒破碎程度相对低。板坯纵向显微组织以长条状的初生α为主,沿着变形伸长方向的金属流线明显,晶粒细小均匀,各取样部位组织一致性良好。
  (3)板坯不同部位的室温拉伸性能均满足指标要求,且有较大的富裕,抗拉强度比标准要求高100MPa以上,屈服强度高出标准值87MPa以上,伸长率和断面收缩率也有一定富余。强度指标实测数据离散度极小,伸长率指标差异较小,说明该锻造工艺达到了对板坯成形均匀性的良好控制。

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