TC11鈦合金屬于馬氏體型的α+β型熱強鈦合金,其名義成分為Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si。它具有較高的室溫強度,在500℃以下具有優異的熱強性和良好的熱加工工藝性能,是一種重要的航空和宇航材料,廣泛應用于航空發動機的壓氣機盤、葉片和鼓筒等零件上[1,2] 。
本文通過研究TC11餅材在不同冷卻介質中冷卻后的顯微組織形貌,分析了冷卻速率對TC11餅材室溫拉伸性能的影響。
1、試驗材料與方法
試驗用材料為西部鈦業有限責任公司生產的Φ180mmTC11鈦合金棒材,相變點為1005℃ ~1010℃。試驗用原材料在2500T壓機上制備出Φ295mm×190mm餅材,隨后進行熱處理,熱處理制度見表1 ;最終在餅材端部切取金相與室溫拉伸試樣進行測試。顯示金相組織所用腐蝕劑為 10%HF+30%HNO3+70%H2O,腐蝕后在Stemi2000型顯微鏡進行組織觀察 ;室溫拉伸試樣按GB/T 228-2002《金屬材料室溫拉伸試驗方法》加工成Φ5mm的標準試樣并在1185型材料試驗機上進行靜態室溫拉伸試驗。
表1 TC11鈦合金鍛件熱處理制度
編號 | 第一階段熱處理溫度(℃) | 冷卻速率 | 第二階段熱處理溫度(℃) |
H1 | | 空冷 | |
H2 | 970 | 油冷 | 530 |
H3 | | 水冷 | |
2、試驗結果及討論
2.1 冷卻速率對顯微組織的影響
圖1為TC11鈦鍛件970℃保溫后經不同冷卻介質冷卻后的顯微組織形貌。
從圖1可以看出,三種組織均為雙態組織,但隨冷卻速率的不同,組織細節略有差異。
隨著冷卻速率的增加,初生α相尺寸、次生α片層寬度減小。經空冷、油冷后的組織由等軸狀初生α相+短棒狀次生α相+β轉變體構成,水冷后的組織由等軸狀初生α相+β轉變體構成,且次生β轉變體內α片層長寬比明顯提升。鈦合金中β→α相轉變屬于由擴散控制的同素異構轉變,因此隨著冷卻速率的增加,冷卻過程中α相的相生長受到抑制,造成初生α相晶粒尺寸以及次生α片層寬度的下降。
2.2 顯微組織對室溫拉伸性能的影響
圖2給出了不同冷卻速率下TC11鈦鍛件的室溫拉伸性能比較。
由圖2可以看出,隨著冷卻速率的增加,材料的強度增加,塑性略微下降。從顯微組織的對比可知,隨冷卻速率的增加,材料的晶粒尺寸逐漸下降,相界面增加。隨著相界面的增加,材料內部對于位錯運動的阻礙能力增加,位錯釘扎效應加劇,致使材料的強度上升、塑性下降。另一方面,隨著冷卻速率的增加,次生α片層長寬比增加。相比于短棒狀組織,片狀組織變形協調性更差,降低了材料的塑性。
3、結論
(1)經空冷、油冷后的組織由等軸狀初生α相+短棒狀次生α相+β轉變體構成,水冷后的組織由等軸狀初生α相+β轉變體構成 ;隨著冷卻速率的增加,初生α相尺寸、次生α片層寬度減小。
(2)隨著冷卻速率的增加,材料的室溫拉伸強度增加,塑性略微下降。
參考文獻:
[1] 趙民權,董健.固溶溫度對TC11合金組織和性能的影響[J].金屬熱處理,2015,40(04):139-141.
[2] 朱紅,廖鴻.鍛造溫度對TC11鈦合金組織和性能的影響[J].熱加工工藝,2013,42(13):128-130.
相關鏈接