馬元杰 劉繼雄 魏高燕 朱玉香
摘 要:文章研究了不同熱處理工藝對(duì)BT23(Ti-6Al-2Mo-4.5V-1Cr-0.7Fe)合金顯微組織及力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,再結(jié)晶退火并不能強(qiáng)化BT23鈦合金,而固溶+時(shí)效熱處理可以起到明顯強(qiáng)化效果。隨著固溶溫度的提高,BT23合金強(qiáng)度及硬度提高,塑性及剪切強(qiáng)度下降。
關(guān)鍵詞:BT23合金;再結(jié)晶退火;固溶溫度;室溫拉伸;硬度;剪切強(qiáng)度;顯微組織
中圖分類號(hào):TG1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2019)04-0103-03
Abstract: The effects of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of BT23 (Ti-6Al-2Mo-4.5V-1Cr-0.7Fe) alloy were studied. The results show that recrystallization annealing can not strengthen the BT23 titanium alloy, but solution+aging heat treatment can play a significant strengthening effect. With the increase of solution temperature, the strength and hardness of BT23 alloy increase, while the plasticity and shear strength decrease.
Keywords: BT23 alloy; recrystallization annealing; solution temperature; room temperature tensile; hardness; shear strength; microstructure
BT23合金,作為Ti-Al-Mo-4V-Cr-Fe系鈦合金中的典型牌號(hào),其名義成分為Ti-6Al-2Mo-4.5V-1Cr-0.7Fe。是一種中等合金化的馬氏體型α+β鈦合金,由前蘇聯(lián)于1969年研制成功。由于含有大量的β穩(wěn)定元素,壓力加工時(shí)具有高的工藝塑性和顯著的時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng),該合金具有高強(qiáng)、高的抗裂性和良好的焊接性能。BT23鈦合金的使用狀態(tài)為退火和熱強(qiáng)化態(tài)(水淬+時(shí)效)。BT23鈦合金可制作半成品薄板、棒材、鍛件、模鍛件、管件和其他半成品。在前蘇聯(lián)已列入航空部門OCT標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn),并在航空和航天部門獲得廣泛應(yīng)用[1]。
BT23鈦合金當(dāng)中,Al是鈦合金中最重要的固溶強(qiáng)化元素,可提高其室溫和高溫強(qiáng)度、α/β相變點(diǎn),再結(jié)晶溫度、彈性模量等。若Al添加量超過7.5%,會(huì)導(dǎo)致α2(Ti3Al)相的析出,降低合金塑性、韌性及熱穩(wěn)定性。Mo元素提高合金強(qiáng)度、耐熱性、耐蝕性和淬透性,且含量越高,淬透性越好。但Mo含量過大,易形成夾雜和偏析,對(duì)合金的塑性、抗氧化性和可焊性不利。V與β鈦形成無(wú)限固溶體,在α鈦中有限固溶,固溶度隨著溫度降低而略增加,不存在過飽和α相分解問題,可提高室溫強(qiáng)度、淬透性和冷成形性,而不降低合金的塑性,是中強(qiáng)和高強(qiáng)鈦合金最常用的添加元素。Cr元素在β鈦中無(wú)限固溶,在670℃發(fā)生β→α+TiCr共析轉(zhuǎn)變,主要起固溶強(qiáng)化作用,可提高合金的塑性、韌性和淬透性,但易偏析,形成β斑。Fe作為最強(qiáng)的慢共析β穩(wěn)定元素,每添加1%的Fe,α/β相變點(diǎn)下降約18℃,可顯著提高鈦合金的淬透性。在590℃發(fā)生β→α+TiFe共析轉(zhuǎn)變,TiFe相析出會(huì)大幅降低合金的塑性、韌性。另外Fe易形成偏析和β斑等冶金缺陷。
BT23合金添加了適量的Al、Mo、V、Cr、Fe等合金元素,Mo當(dāng)量為7.88,淬透性為2.89,達(dá)到了強(qiáng)化合金、提高淬透性的同時(shí),避免了由于Mo、Cr、Fe元素的添加帶來的冶金缺陷。
本文通過研究不同熱處理工藝,對(duì)BT23鈦合金顯微組織、室溫拉伸、剪切強(qiáng)度、硬度等性能的影響,對(duì)小規(guī)格BT23棒材的生產(chǎn)具有重要意義。
1 試驗(yàn)材料、設(shè)備及方法
試驗(yàn)用料為寶雞鈦業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的規(guī)格:Ф18mm軋制棒材,軋制溫度在β轉(zhuǎn)-40℃,變形量為85%左右。棒材化學(xué)成分如表1,β相變點(diǎn)的實(shí)測(cè)值為:910℃~920℃。原始棒材顯微組織如圖1所示。固溶時(shí)效熱處理制度如表2所示。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
不同熱處理工藝獲得的BT23合金棒材的顯微組織如圖2所示。從圖可以看出,再結(jié)晶退火相較熱加工態(tài)的BT23合金組織無(wú)明顯變化;但經(jīng)固溶時(shí)效處理后,合金組織變化顯著,即較低溫度固溶并時(shí)效后,出現(xiàn)不連續(xù)的網(wǎng)狀α相,同時(shí)析出次生α相。隨著固溶溫度的升高,并經(jīng)相同時(shí)效制度處理后,初生及次生α相逐漸減少。
2.1 熱處理工藝對(duì)顯微組織的影響(見圖2)
2.2 熱處理工藝對(duì)室溫力學(xué)性能的影響
不同熱處理工藝對(duì)合金室溫力學(xué)性能的影響見表3和圖3~6??梢钥闯觯辖鹪谶M(jìn)行再結(jié)晶退火時(shí),會(huì)出現(xiàn)明顯的軟化,即強(qiáng)度、硬度降低,塑性提高的現(xiàn)象。合金經(jīng)固溶時(shí)效處理后,強(qiáng)化效果明顯,在相同時(shí)效制度下,合金抗拉、屈服強(qiáng)度、硬度隨固溶溫度升高而升高,塑性、剪切強(qiáng)度隨固溶溫度升高而降低。
3 結(jié)論
兩相區(qū)軋制的小規(guī)格BT23合金棒材,再結(jié)晶退火不能強(qiáng)化合金,反而會(huì)使合金強(qiáng)度、硬度降低,塑性、剪切強(qiáng)度提高。在相同時(shí)效制度下,合金的強(qiáng)度、硬度隨固溶溫度的升高而升高,塑性、剪切強(qiáng)度則隨固溶溫度升高而降低。
參考文獻(xiàn):
[1]萊茵斯C,皮特爾斯M.鈦及鈦合金[M].陳振華,譯.北京:化工出版社,2005:300.
[2]莫代謝耶夫.鈦合金在俄羅斯飛機(jī)及航空航天上的應(yīng)用[M].董寶明,譯.北京:航空工業(yè)出版社,2008.