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        TA18鈦合金熱軋卷熱處理工藝研究

        2019-07-05 09:39:00劉正喬
        鈦工業(yè)進(jìn)展 2019年3期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能

        劉正喬,江 彪

        (湖南湘投金天鈦金屬股份有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410205)

        0 引 言

        鈦及鈦合金因其優(yōu)異的耐蝕性能和高的比強(qiáng)度,廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、電力、醫(yī)療、體育休閑等領(lǐng)域[1-2]。應(yīng)用牌號(hào)上,除純鈦外,各種低、中、高強(qiáng)度鈦合金也有一定比例的應(yīng)用,TA18鈦合金就是其中一種[3-4]。TA18鈦合金在A(yíng)STM B265標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)牌號(hào)為Gr.9,是一種具有中等強(qiáng)度的鈦合金,在國(guó)內(nèi)也常被稱(chēng)為半TC4,主要以管材形式用作航空壓力管道,也有部分以板材形式用于防務(wù)等領(lǐng)域[5-6],但目前鮮有該合金帶材制備工藝及熱處理工藝的相關(guān)報(bào)道。

        本研究以TA18鈦合金熱軋帶卷為原料,借鑒板材和管材生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)[7-9],研究熱處理制度對(duì)其組織和性能的影響,以確定合適的熱處理工藝,旨在為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

        1 實(shí) 驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        實(shí)驗(yàn)選擇經(jīng)三次自耗電弧熔煉獲得的TA18鈦合金鑄錠,其化學(xué)成分如表1所示。鑄錠經(jīng)鍛造、熱連軋后獲得熱軋帶卷,厚度為7.0 mm,其顯微組織及力學(xué)性能如圖1、表2所示。

        表1TA18鈦合金鑄錠化學(xué)成分(w/%)

        Table 1 Chemical composition of TA18 titanium alloy ingot

        圖 1 熱軋態(tài)TA18鈦合金帶卷的顯微組織Fig.1 Microstructures of TA18 titanium alloy coil by hot rolling:(a)longitudinal;(b)transverse

        Table 2 Mechanical properties of TA18 titanium alloy coil by hot rolling

        從圖1可以看出,TA18鈦合金帶卷經(jīng)軋制后獲得了典型的軋態(tài)組織,視場(chǎng)內(nèi)組織呈條帶狀分布,取向明顯。從表2可看出,熱軋態(tài)TA18鈦合金帶卷強(qiáng)度較高,縱向、橫向性能存在差異且縱向強(qiáng)度較低、塑性較高,其中橫向塑性指標(biāo)未能達(dá)到ASTM B265標(biāo)準(zhǔn)要求(縱向≥12%,橫向≥8%)。

        1.2 熱處理

        采用FR-1236馬弗爐進(jìn)行熱處理,該爐控溫精度為±5 ℃。將熱軋TA18鈦合金帶卷開(kāi)平后取樣,分別在600、650、700、750、800 ℃下進(jìn)行熱處理,保溫時(shí)間為30 min,空冷。采用金相顯微鏡觀(guān)察熱處理后試樣的顯微組織,并檢測(cè)力學(xué)性能。依據(jù)檢測(cè)結(jié)果選出合適的熱處理溫度,并將樣品在該溫度下分別保溫30、60、120 min,空冷。隨后觀(guān)察熱處理后試樣的顯微組織,并檢測(cè)其力學(xué)性能。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 熱處理溫度對(duì)組織和性能的影響

        TA18鈦合金帶卷樣品在600、650、700、750、800 ℃下保溫30 min空冷后的顯微組織和力學(xué)性能如圖2和表3所示。從圖2可以看出,當(dāng)退火溫度為600 ℃時(shí),試樣的組織與熱軋軋態(tài)基本無(wú)區(qū)別。隨著溫度的升高,出現(xiàn)了回復(fù)和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變,其中650 ℃時(shí),縱向組織出現(xiàn)回復(fù)特征,橫向組織出現(xiàn)細(xì)小的再結(jié)晶晶粒。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高至750 ℃時(shí),縱向組織實(shí)現(xiàn)再結(jié)晶,橫向組織中晶粒逐步長(zhǎng)大。當(dāng)溫度達(dá)到800 ℃時(shí),橫向與縱向的晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大,且開(kāi)始呈現(xiàn)不均勻長(zhǎng)大現(xiàn)象。與此同時(shí),隨著溫度的升高,樣品的塑性逐步升高,強(qiáng)度逐步降低。

        圖2 不同溫度熱處理后TA18鈦合金帶卷的顯微組織Fig.2 Microstructures of TA18 titanium alloy coil after heat treated at different temperatures:(a)600 ℃,longitudinal;(b)600 ℃,transverse;(c)650 ℃,longitudinal;(d)650 ℃,transverse;(e)700 ℃,longitudinal; (f)700 ℃,transverse;(g)750 ℃, longitudinal;(h)750 ℃,transverse;(i)800 ℃, longitudinal;(j)800 ℃,transverse

        Table 3 Mechanical properties of TA18 titanium alloy coil after heat treated at different temperatures

        2.2 保溫時(shí)間對(duì)組織和性能的影響

        根據(jù)熱處理試驗(yàn)結(jié)果,選擇合適的退火溫度為750 ℃。將TA18鈦合金帶卷樣品在750 ℃下保溫60、120 min后,其顯微組織和力學(xué)性能見(jiàn)圖3和表4。從圖3可以看出,當(dāng)保溫時(shí)間為60 min時(shí),晶粒細(xì)小均勻,此時(shí)材料的塑性達(dá)到較高水平。當(dāng)保溫時(shí)間增加到120 min時(shí),晶粒粗大且不均勻,延伸率降低(見(jiàn)表4)。

        圖 3 TA18鈦合金帶卷在750 ℃下保溫不同時(shí)間后 的顯微組織Fig.3 Microstructures of TA18 titanium alloy coil heat treated at 750 ℃ with different holding time:(a)60 min, longitudinal;(b)60 min,transverse;(c)120 min, longitudinal;(d)120 min,transverse

        Table 4 Mechanical properties of TA18 titanium alloy coil heat treated at 750 ℃ with different holding time

        3 結(jié) 論

        (1)當(dāng)退火時(shí)間為30 min時(shí),隨著退火溫度的升高,TA18鈦合金帶卷在650 ℃出現(xiàn)橫向組織再結(jié)晶,700 ℃時(shí)出現(xiàn)縱向組織再結(jié)晶。隨著溫度的升高,晶粒尺寸逐步增加。

        (2)TA18鈦合金熱軋帶卷在750 ℃×60 min/AC條件下熱處理,可獲得較佳的力學(xué)性能。

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