热处理方式对TC4ELI钛合金组织与性能的影响.pdf
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1、工艺研究August,20232023年8 月RECHULI JISHU YU ZHUANGBEIVol.44,No.4热处理技术与装备第44卷第4期热处理方式对TC4ELI钛合金组织与性能的影响王炳正,张睿峰,王旭明,王炜,常富强,闫沛堂,王玉刚(兰州兰石有限公司铸锻分公司,甘肃兰州730000)摘要:采用4种不同的热处理工艺对低间隙TC4钛合金(TC4ELI)进行热处理,采用GX51光学金相显微镜、6 0 0 kN微机控制电液伺服万能试验机对试样进行显微组织观察与常温力学性能检测。结果表明,双重退火后得到等轴相+转变基体组织,材料具有较高的塑性;再结晶退火后得到双态组织,力学性能最好,屈服
2、强度、抗拉强度分别达到10 2 8 MPa和10 7 5MPa退火后得到存在大量退火李晶相+针状马氏体组织,塑性最差,伸长率为9%;固溶+时效处理后组织为稳定相+及次生等轴相组织,抗拉强度达到10 2 2 MPa。考虑材料使用环境的强度和塑性的最佳匹配,TC4ELI钛合金最佳热处理方法为再结晶退火,即9 6 51h,AC+7501h,A C。关键词:TC4ELI钛合金;热处理;微观组织;力学性能中图分类号:TG156.92文献标识码:A文章编号:16 7 3-49 7 1(2 0 2 3)0 4-0 0 16-0 4Effect of Heat Treatment Methods on Mic
3、rotructure andProperties of TC4ELI Titanium AlloyWANG Bing-zheng,ZHANG Rui-feng,WANG Xu-ming,WANG Wei,CHANG Fu-qiang,YAN Pei-tang,WANG Yu-gang(Lanzhou Lanshi Co.,Ltd.,Casting and Forging Branch,Lanzhou Gansu 730000,China)Abstract:Four different heat treatment processes were used to heat treat for TC
4、4ELI titanium alloy,andthe microstructure was observed and the mechanical properties at room temperature were tested by GX51optical metallographic microscope and 600 kN microcomputer-controlled electro-hydraulic servo universaltesting machine.The results showed that the equiaxed phase+transformation
5、 matrix structure was ob-tained after double annealing,and the material had high plasticity.After recrystallization annealing,thebimodal structure was obtained with the best mechanical properties,the yield strength and tensile strengthreached 1028 MPa and 1075 MPa,respectively.After annealing,the ph
6、ase+needle-like martensitestructure with a large number of annealed twins was obtained,the plasticity was the worst,and the elonga-tion was 9%.After solution+aging treatment,the stable phase +and secondary equiaxial phasestructure was obtained,and the tensile strength reached 1022 MPa.Considering th
7、e best match of strengthand plasticity in the material usage environment,the best heat treatment method for TC4ELI titanium alloyis recrystallization annealing,which is 965 1 h,A C+7 50 1 h,A C.Key words:TC4ELI titanium alloy;heat treatment;microstructure;mechanical properties收稿日期:2 0 2 3-0 4-10作者简介
8、:王炳正(19 8 3一),男,高级工程师,硕士,主要从事材料加工及热处理工作。联系电话:18 9 19 8 4459 5;E-mail:c f q 1512 16 3.c o m17.王炳正等:热处理方式对TC4ELI钛合金组织与性能的影响第4期钛及钛合金因密度小于绝大多数结构材料,且比强度高、耐腐蚀性高,被广泛应用于航空航天、船舶、石油化工和生物医学等众多重要领域1-4。TC4作为一种双相(+)合金,因其强度高、耐蚀性优良且拥有良好的生物相容性,成为工业应用中最通用的钛合金;但TC4钛合金在室温条件下塑性较低、变形困难使其应用受到一定限制 5-6 。TC4ELI 钛合金是一种杂质元素较低的
9、合金,被称为低间隙TC4钛合金。在实际熔炼中,TC4ELI钛合金需要将杂质元素中的0 含量控制在0.13%以下,与TC4合金相比,TC4ELI合金由于间隙元素O含量较低,有效地降低了TC4合金的低温脆性,表现出良好的低温塑性,在提高材料韧性的同时保持一定的强度水平 7 。为满足TC4ELI材料塑性与强度的匹配要求,需要通过金属塑性变形与热处理来调控不同组织与力学性能 8 。任驰强等采用不同固溶-时效热处理工艺,揭示了TC4钛合金固溶过程中亚稳相与的形成,根据不同时效温度调控力学性能 9 。因TC4ELI钛合金属于低间隙合金,其塑性较TC4合金虽有提升,但强度比TC4合金低50 10 0 MPa
10、7。采用船舶耐压舱环锻件冲孔芯料,通过不同热处理方式调控TC4ELI显微组织,探究不同热处理方式对TC4ELI钛合金力学性能的影响,为TC4ELI钛合金能在生产中获得强塑性和强韧性匹配提供依据,并指导该合金工业生产与应用。1试验材料及方法1.1TC4ELI钛合金试样制备试验用TC4ELI钛合金采用0 级海绵钛,经3次真空自耗熔炼,其化学成分(质量分数,%)为:6.25A1、4.14V、0.138 Fe、0.0 0 9 C、0.0 8 7 0、0.0 0 5N、0.001H、余量Ti。采用计算法得出TC4ELI钛合金相变温度为9 7 3。铸锭经过1150 与10 7 0 完成开坏锻造,再经过+两
11、相温区(8 0 0 9 6 0)完成环件锻造成型,试样锻态显微组织如图1所示。试样组织形貌为相与相转变组织,相形貌存在球形与长条形,相中还存在少量的针状次生相。材料热加工后的锻态组织是后续不同热处理制度下组织演变的基础。1.2试验方法在锻态芯料上共截取4组试样,试样尺寸均为20mm20mm180mm,采用HR-1400型号箱式电阻炉进行热处理加热,热处理制度如表1所示。50m图1TTC4ELI钛合金锻态显微组织Fig.1Microstructure of TC4ELI titanium alloy as forged表1热处理制度Table1Heat treatment system序号热处理
12、方式热处理制度1#双重退火7501h 转至6 30 1h,AC2#再结晶退火965 1 h,A C;7 50 1 h,A C3#退火1010 1 h,A C4#固溶+时效9601h,W Q;6 6 0 1h,A C从不同热处理试样上切取金相和拉伸试样进行微观组织观察和力学性能检测。试样经机械研磨抛光,采用配比为10 mLHF+5mLHNO,+8 5m LH,0的腐蚀溶液进行金相腐蚀,在GX51光学金相显微镜下进行显微组织观察。根据标准GB/T228.12021金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法,采用6 0 0 kN微机控制电液伺服万能试验机进行拉伸试验,每组1个试样,拉伸试样尺寸如图2 所
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