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鈦合金環

材質:TC4, GR5

執行標準: AMS4928、GB/T2965、ASTM-B348、ASTM-B381、GB/T16598

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發布日期: 2024-04-07 07:23:42

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詳細描述 / Detailed description

TC4鈦合金屬α+β型鈦合金,它的組成為Ti-6AL-4V,退火組織為α+β相,它含有6%的α穩定元素鋁,通過固溶強化使α相的強度得到提高,釩穩定β相的能力較小,因此退火組織中β相的數量較少,大約占7—10%。

TC4鈦合金在不同的熱處理和熱加工條件下,其基本相α、β的比例、性質和形態是很不相同的。TC4鈦合金的α+β轉變溫度在1000℃左右,若將TC4加熱到950℃,空冷后所得組織為初生α+β轉變組織,如果加熱到1100℃、空冷,則得到粗大的完全轉變的β相組織,稱為魏氏組織。如果加熱和變形聯合作用,對TC4合金的組織和性能的影響更為顯著,如果將TC4合金加熱到α+β轉變溫度以上,但變形較小,所得的組織的特征是原始的β晶界完整,晶粒比較粗大,晶內的片狀(或針狀)α相按一定位相排列,即形成魏氏組織。相應于這類組織的性能特點是:塑性、沖擊韌性較低,但抗蠕變能力較好。如果開始變形溫度在β轉變以上,但變形程度足夠太,則得到的魏氏組織的特征是:α相勾劃出的β晶界不同程度被粉碎,因而不完整、不清晰,條狀α相不同程度被扭曲,這種組織被稱為網籃狀組織。相應于這類組織的性能特點是塑性、沖擊韌性較魏氏組織較好.接近或相當于等軸細晶組織,高溫持久和蠕變性能也較好。如果加熱溫度低于β轉變溫度,而且變形程度足夠,所得組織特征是在等軸組織α相的基體上分布有一定數量的小島狀的β相或β轉變組織。即得到所謂等軸組織。這種組織的性能特點是綜合性能較好,特別是塑性和沖擊韌性較高。如果在α+β相區高溫部分變形后又經高溫退火(退火溫度接近β轉變溫度),就得到混合型組織,即在β轉變組織基體上分布一定數量的等軸α相(或初生α相),這類組織的性能是綜合性能好。

從以上對金相組織的分析可以看出,若TC4性能下降,可能由鍛造過程中兩個環節引起:

①加熱溫度過高,達到或超過β轉變溫度;

②鍛件變形程度不夠大。

從鍛造工藝上分析

TC4鈦環如果始鍛溫度超過合金的β轉變溫度,由于β晶粒劇烈長大,鍛后形成魏氏組織。在機械性能上的反映是,鍛件的室溫塑性很低,不合技術要求,鍛造溫度對α+β鈦合金的β晶粒尺寸與室溫性能的影響是隨著溫度的提高(β相轉變以上)β晶粒變大,而延伸率和斷面收縮率變小。這種由于鍛造溫度超過合金的β轉變溫度,而使鍛件晶粒長大,塑性下降的現象,稱為β脆性。因此,對于α+β鈦合金,為了避免β脆性,同時使鍛件具有良好的綜合性能,應在其B轉變溫度以下鍛造。鈦合金的β轉變溫度不僅與合金的成份有關,而且即使同一牌號的合金其α+β轉變溫度也可能隨爐而異。

鈦合金變形抗力比較高,而其導熱性又比較差(鈦合金的導熱性為鋼的1/5,鋁合金導熱性的1/15)。因此,在合金劇烈流動和過重錘擊下,由于變形效應可能使鍛件個別部位的溫度顯著上升,若此溫度超過β轉變溫度,則會引起不希望的后果。

變形程度對鈦合金的性能也有影響.變形程度過大、過小都會引起晶粒粗大,造成性能下降。因此,鈦合金鍛造時,每一火的變形程度應大于15~20%,小于85%。

由以上分析.可以初步確定出可能引起TC4鈦合金性能不合格的幾個因素:

①鍛坯加熱時溫度過高、超過了該批鍛件的β轉變點;

②成份偏差,致使該批鈦棒的β轉變點降低,使得鍛坯在正常溫度下加熱就超過了β轉變點:

③鍛造時單次錘擊過重,致使單次變形程度過大,從而引起局部過熱和聚集再結晶.使TC4鈦合金性能下降:

④鍛后熱處理溫度過高,使TC4鈦鍛件溫度接近和超過了β轉變點。使熱處理后的鍛件組織呈魏氏組織,從而降低了鍛件性能。

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