Ti_6Al_4V合金的蠕变行为及影响因素
热处理工艺对Ti-6Al-4V钛合金点阵结构显微组织和性能的影响
采用光学显微镜观察点阵结构的连杆和节点的
ＨＮＯ３，９３％水）浸蚀。采用数字光学显微镜和扫描 表面形貌，如图 ３（ａ）所示。对图 ３（ｂ）和图 ３（ｃ）所
电镜进行金相检测。
示的点阵结构表面粗糙度进行了统计，平均粗糙度
点阵结构的压缩性能通过在电子万能试验机上 约为 ２０～３０μｍ。较高的表面粗糙度是制备过程中
收稿日期：２０２１０３１６ 作者简介：姚定烨（１９９４—），男，江苏常州人，硕士研究生，主要从事钛合金增材制造等的研究工作。
联系电话：１３７７５０８３１２３ 通信作者：何博（１９７４—），男，博士，教授，硕士生导师，主要从事基于激光的金属增材制造和熔模精密铸造方
面的研究工作。Ｅｍａｉｌ：ｈｅｂｏ＠ｓｕｅｓ．ｅｄｕ．ｃｎ 基金项目：上海市科委“创新行动计划”基础研究项目（１７ＪＣ１４００６００，１７ＪＣ１４００６０３）；上海工程技术大学特聘
料，采用激光熔化增材制造技术制备 ＢＣＣ（ｂｏｄｙ 共打印 １６个。打印后，用超声波清洗点阵结构，以
ｃｅｎｔｅｒｅｄｃｕｂｉｃ）型点阵结构，随后对其进行不同工艺 去除粘附的未熔融粉末。
表 １ 采用激光熔化技术制备点阵结构的工艺参数 Ｔａｂｌｅ１ Ｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇｌａｔｔｉｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｏｆａｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌａｓｅｒｍｅｌｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
采用管式真空炉对钛合金点阵结构试样进行热 横截面积的比值。
处理。热处理工艺为，以 １０℃ ／ｍｉｎ的速率将 ３组 ２ 结果与讨论
试样分别加热至 ７００℃、８００℃和 ９００℃，保温 ２ｈ，
炉冷至室温。余下 １组试样不进行热处理。
２．１ 制备态形貌和微观结构
Ti-6Al-4V(TC4)及钛合金的性能
Ti-6Al-4V(TC4)Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。
热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。
表3-2 钛合金Ti-6Al-4V成分钛合金Ti6Al-4V合金碳（最大）0.10％铝 5.50至6.75％氮0.05％氧气（最大）0.020％其他，合计（最大）0.40％*其他，每个（最大）= 0.1％钛平衡钒 3.50至4.50％铁（最大）0.40％氢（最大）0.015％比重0.160弹性模量（E）的15.2 x 10 3 ksi贝塔Transus 1800 to 1850 °F液相线温度2976 to 3046 °F固相线温度2900 to 2940 °F电阻率-418 °F 902.5 ohm-cir-mil/ft73.4 °F 1053 ohm-cir-mil/ft986 °F 1143 ohm-cir-mil/ft典型的室温强度计算退火钛6Al-4V的：极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi）压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi）极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi）Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1.钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
钛的应用应用领域材料的使用特性应用部位航空工业喷气发动机在500℃以下具有高的屈服强度/密度比和疲劳强度/密度比，良好的热稳定性，优异的抗大气腐蚀性能，可减轻结构质量在500℃以下的部位使用：压气盘、静叶片、动叶片、机壳、燃烧室外壳、排气机构外壳、中心体、喷气管等机身在300℃以下，比强度高防火壁、蒙皮、大梁、起浇架、翼肋、隔框、紧固件、导管、舱门、拉杆等火箭、导弹及宇宙飞船工业在常温及超低温下，比强度高，并具有足够的韧性及塑性高压容器、燃料贮箱、火箭发动机及导弹壳体、飞船船舱蒙皮及结构骨架、主起落架、登月舱等船舶、舰艇制造工业比强度高，在海水及海洋气氛下具有优异的耐蚀性能耐压艇体、结构件、浮力系统球体，水上船舶的泵体、管道和甲板配件，快艇推进器、推进轴、水翼艇水翼、鞭状天线等化学工业、石油工业在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在还原性介质中也可通过合金化改善其耐蚀性在石油化工、化肥、酸碱、钠、氯气及海水淡化等工业中，作热交换器、反应塔、蒸馏器、洗涤塔、合成器、高压釜、阀门、导管、泵、管道等其他工业常规正品制造耐蚀性好，密度小火炮尾架、迫击炮底板、火箭炮炮管及药室、喷管、火炮套箍、坦克车轮及履带、扭力棒、战车驱动轴、装甲板等冶金工业有高的化学活性和良好的耐蚀性在镍、钴、钛等有色金属冶炼中做耐蚀材料，在钢铁冶炼中是良好的脱氧剂和合金元素其他工业医疗卫生对人体体液有极好的耐蚀性，没有毒性，与肌肉组织亲合性能良好好做医疗器械及外科矫形材料，钛制牙、心脏内瓣、隔膜、骨关节及固定螺钉、钛骨头等超高真空有高的化学活性，能吸附氧、氮、氢、CO、CO2、甲烷等气体钛离子泵电镀工业耐腐蚀、寿命长、传热快、加热效果好，对产品无污染，可提高劳动生产率和减少维修费用镀镍、镀铬（除氟化物镀铬外）、酸性和氰化物镀铜、三氯化铁铜板腐蚀中作加热器、电镀槽子，网篮、挂具、薄膜蒸发器等电站高的耐蚀性，密度小、质量轻，良好的综合力学性能和工艺性能，较高的热稳定性，线胀系数小全钛凝汽器、冷凝器、管板、冷油管、蒸汽涡轮叶片等机械仪表精密天平秤杆、表壳、光学仪器等纺织工业亚漂机、亚漂罐中耐蚀零、部件造纸工业泵、阀、管道、风机、搅拌器等医药工业加料机、加热器、分离器、反应罐、搅拌器、压滤罐、出料管道等体育用品航模、羽毛球拍、登山器械、钓鱼杆、宝剑、全钛赛车等工艺美术钛板画、笔筒、砚台、拐杖、胸针等钛的热处理工艺参数牌号消除应力退火工艺①完全退火工艺②固溶处理工艺时效处理工艺温度/℃时间/min温度/℃时间/min温度/℃时间/min冷却方式温度/℃时间/min冷却方式TA1 500-600 15-60680-7230-120——————TA2 500-600 15-60680-7230-120——————TA3 15-60 68030-1—————500-600 -7220 —TA4 550-650 15-60700-7530-120——————TA5 550-650 15-60800-8530-120——————TA6 550-650 15-12750-8030-120——————TA7 550-650 15-12750-8030-120——————TB2 480-650 15-24800 30 800 30 水或空5008空冷TC1 550-650 30-60700-7530-120——————TC2 550-650 30-60700-7530-120——————TC3 550-650 30-24700-8060-120820-9225-6水冷480-5604-8空冷TC4 550-650 30-24700-8060-120850-9530-6水冷480-5604-8空冷TC6550-30-12750-8560-120860-9030-6水冷540-5804-12空冷650 0 0TC9 550-650 30-24600 60900-9560-9水冷500-6002-6空冷TC1550-650 30-24760 120850-9060-9水冷500-6004-12空冷1.所有合金消除应力退火后一律采用空冷。
热处理对Ti-6Al-4V钛合金力学性能的影响
热处理对Ti-6Al-4V钛合金力学性能的影响摘要：随着科技进步和国防工业的迅速发展，人们对金属材料的需求也日益增加，因此，开发和应用高性能的合金及其复合材料是非常必要的。
钛和钛合金具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能；具有良好的生物相容性，在航空航天，石油化工，制药，盐，冶金，汽车等领域；造船、核电、医疗等领域，被称为“万能”的金属.中国钛业50年来的发展，无论是技术上还是生产上，都有了很大的发展，各科研院所、高等院校与制造单位广泛合作，对钛合金的应用进行了深入的研究。
但由于其塑性较差、韧性较差，在实际应用中，其疲劳寿命较短；因此，对钛合金的综合性能要求更高、更严格。
通过对工艺参数和工艺参数的优化，可以提高钛合金的综合性能。
关键词：热处理；Ti-6Al-4V；钛合金力学；性能影响通过对Ti-6A1-4V合金的固熔化工艺(960℃x1h)，通过不同的时效工艺，考察了Ti-6A1-4V合金的综合机械性能，并通过金相显微镜、SEM等手段对Ti-6A1-4V合金的微观组织、断口形貌与机械性能的相关性进行了研究。
1试验的材料和方法1.1试验资料试验材料是一种6mm的热轧态钛合金管材，其主要成份（重量百分比）为：Fe<0.30C<0.10N<0.05;H<0.015.0>0.20.5.5~68V；1.2试验方法和装置在MTS试验机上对被加工成条形地拉伸试样进行了拉伸试验，其拉伸速率为0.1毫米/分钟，最大负载2000kN，引伸仪标距50mm，拉伸样品的总长度184mm，宽度20mm，过渡半径12mm，两端夹紧端长50mm，沿着轧制方向取样。
试样按照表1中的热处理程序在SX-4-13箱电阻炉中进行处理，采用奥林巴斯PMG3金相显微镜观察样品的微观结构，采用Kroll试剂，采用FEIOuanta450环境扫描电子显微镜（ESEM）观察并分析了钛合金材料的断裂形态[1]。
表1拉伸试样的热处理工艺及力学性能热处理工艺σ0.2/MPaσb/MPaδ（%）Wt/J E/GPa热轧态70079012.8027.6057.9400℃×6h8509307.3319.8682.1450℃×5h8209508.2623.1296.1450℃×8h9109809.4923.5597.4550℃×4h9801010 4.7214.2095.0550℃×6h890110012.0030.6299.2600℃×7h850100010.2228.0787.3 2试验的结论和探讨2.1钛合金热处理后的机械性能变化根据已有的试验结果，选用960℃x1h的固溶法，并在不同的条件下进行时效热处理。
钛合金Ti_6Al_4V的磨损失效及其表面耐磨处理技术
·轻合金及其加工·
钛合金 Ti - 6Al - 4V 的磨损失效 及其表面耐磨处理技术 Ξ
王宏宇 ,陈康敏 ,许晓静 ,张雪峰 ,刘桂玲
(江苏大学先进成形技术研究所 ,江苏 镇江 212013)
上喷焊 (火焰喷涂 + 重熔) 镍基合金粉末 F102 ,其横 切面形貌如图 1 所示 ,从中可以看出在基体和涂层 之间出现了 200μm～300μm 的扩散层 ,元素的充分 扩散诱导形成了 Ni - Ti 共晶组织 ,涂层和基体的结 合为典型的冶金结合 。
徐滨士院士认为采用表面耐磨处理技术是材料
Ξ 基金项目 :江苏省镇江市校企科技攻关合作项目 第一作者简介 :王宏宇 (1974 - ) ,山西怀仁人 ,江苏大学机械工程学院教师 ,讲师 ,硕士研究生 ,主要从事高性能材料的制备 、成形和性能研究 。 收稿日期 :2004 - 07 - 12
2005 年第 5 期 T王i 宏- 6宇Al,-陈4康V敏的磨,许损晓失静效,张及雪其峰表面,刘耐桂磨玲处:钛理合技金术 · 55 ·
Ti - 6Al - 4V 的微动磨损主要是疲劳破坏 ,其 磨损量随温度升高而下降 ,高温微动磨损量与磨损 区表 面 膜 的 厚 度 有 关〔12 ,13〕。利 用 阳 极 氧 化 膜 配 MoS2 、石墨等固体润滑剂 ,是目前常用的解决钛合 金微动磨损的方法 ,但对于较为严重的微动磨损效 果不大 ,必须考虑能够制备较厚涂层的表面工程技 术。 1. 4 腐蚀磨损
李晓泉等在钛合金表面等离子喷涂金属钼之后 进行保温扩散处理 ,获得了致密的且基本无层状结 构的涂层 ,同时发现界面处出现了较为明显的微冶 金结合〔18〕。
本文作者通过改进工艺在 Ti - 6Al - 4V 表面
钛及钛合金的失效与改善措施
钛及钛合金的失效与改善措施钛及其合金是一类重要的结构材料，广泛应用于航空航天、船舶、汽车、医疗器械等领域。
然而，钛及其合金在使用过程中会出现失效问题，包括应力腐蚀开裂、疲劳失效等。
为了减少这些失效问题，改善措施可以从合金设计、制造工艺和使用环境等方面入手。
首先，合金设计方面的改进措施可以包括选择合适的合金成分、优化晶体结构和改善力学性能。
合金的成分选择应根据具体应用需求，例如Ti-6Al-4V合金具有良好的强度和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天领域。
然而，该合金在高应力和腐蚀环境下容易发生应力腐蚀开裂。
因此，可以通过添加适量的合金元素或控制热处理条件等来改善钛合金的耐腐蚀性能。
其次，制造工艺方面的改善措施可以包括优化热处理工艺、控制冷加工量和提高表面质量等。
热处理是钛及钛合金制造过程中重要的工艺环节，可以通过合理的热处理温度和时间来优化材料的晶体结构和力学性能。
此外，冷加工也是一种常用的钛合金强化方法，可以通过控制冷加工量来提高合金的强度。
同时，在制造过程中要注意保持合金表面的纯净和光滑，以减少应力集中和表面腐蚀的可能性。
最后，使用环境方面的改善措施可以包括控制温度、湿度和腐蚀介质等。
钛及钛合金的性能受到环境因素的影响较大，例如高温会导致材料的软化和氧化等。
因此，在高温环境下应选择合适的合金以及采取隔热措施。
此外，湿度和腐蚀介质（如盐水）也容易导致钛合金的应力腐蚀开裂，应尽量避免或控制这些环境因素的影响。
总之，钛及其合金的失效问题可以通过多种途径进行改善。
合金设计、制造工艺和使用环境都可以影响钛合金的性能和失效行为。
因此，合理选择合金成分、优化制造工艺以及控制使用环境等措施都可以有效地减少钛及钛合金的失效问题，提高其使用寿命和安全性。
Ti-6Al-4V(TC4)钛合金的性能
T i-6A l-4V(T C4) Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。
热处理后的强度约比退火状态提高50％～100％；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金[35]。
表3-2 钛合金Ti-6Al-4V成分钛合金Ti6Al-4V合金碳（最大）0.10％铝 5.50至6.75％氮0.05％氧气（最大）0.020％其他，合计（最大）0.40％*其他，每个（最大）= 0.1％钛平衡钒 3.50至4.50％铁（最大）0.40％氢（最大）0.015％比重0.160弹性模量（E）的15.2 x 10 3 ksi?贝塔Transus 1800 to 1850 °F?液相线温度2976 to 3046 °F固相线温度2900 to 2940 °F电阻率-418 °F 902.5 ohm-cir-mil/ft?73.4 °F 1053 ohm-cir-mil/ft?986 °F 1143 ohm-cir-mil/ft?典型的室温强度计算退火钛6Al-4V的：极限承载强度1380年至2070年兆帕（200-300 ksi）压缩屈服强度825-895兆帕（120-130 ksi）极限剪切强度480-690兆帕（70-100 ksi）Ti-6Al-4V 的线膨胀系数只有8.8×10-6K-1.钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1％，但其强度低、塑性高。
99.5％工业纯钛的性能为：密度ρ=4.5g/cm3,抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=1.078×105MPa，硬度HB195。
变形量及热处理制度对Ti-6Al-4V合金丝材组织和力学性能的影响
变形量及热处理制度对Ti—6Al—4V合金丝材组织和力学性能的影响杨 欢，杨晓康，杜 晨，罗斌莉，王 海（西安赛特思迈钛业有限公司，陕西 西安 ７１００００）摘 要：研究了变形量与热处理制度对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金丝材组织和力学性能的影响。
结果表明：随变形量由０．４４增大到０．９６，初生α相尺寸不断减小，丝材组织趋于均匀；同时，屈服强度与抗拉强度随变形量逐渐提高，抗拉强度最高值可达１２９０ＭＰａ，延伸率随形变量提高而降低；采用８３０℃与７５０℃退火时，丝材强度均有提高，但８３０℃退火时丝材强度低于７５０℃的值，且随退火时间由１５ｍｉｎ延长到４５ｍｉｎ，丝材延伸率不断提高。
关键词：热处理；变形量；力学性能；丝材延伸中图分类号：ＴＧ１５６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０７－０００１－４The effect of deformation rate and annealing rules on the microstructure andmechanical properties of Ti-6Al-4V wiresYANG Huan, YANG Xiao-kang, DU Chen, LUO Bin-li, WANG Hai（Ｘｉ＇ａｎ Ｓｉｔｅｍａｙ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．，Ｘｉ＇ａｎ ７１００００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｒｕｌｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ ｗｉｒｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｈａｖｅ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ α ｐｈａｓｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｔｏ ｆｏｒｍｓ ｔｈｅ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ０．４４ ｔｏ ０．９６ ； ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ ｊｕｍｐｓ ｔｏ １２９０ＭＰａ，ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ ０．４４ ｔｏ ０．９６ ； Ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ８３０℃ ａｎｄ ７５０℃ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｎ ｂｏｔｈ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ ｗｉｒｅｓ ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｂｅｃｏｍｅｓ ｌｅｓｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｏ ８３０℃，ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｂｅｃｏｍｅｓ ｈｉｇｈｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｆｒｏｍ １５ｍｉｎ ｔｏ ４５ｍｉｎ． Keywords: ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ； ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ； ｗｉｒｅ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎTi-6Al-4V合金是20世纪50年代由美国开发的一种中等强度的α+β两相钛合金，Ti-6Al-4V合金作为丝材用作航空航天紧固件材料使用时，相当的指标要求下，将比钢材减重70%，且其良好的耐蚀性使紧固件材料使用寿命大大延长，提高了航空航天飞行器的稳定性与安全性，目前，欧美等发达国家航空航天用紧固件95%以上采用Ti-6Al-4V合金制造，在一些先进战机上，钛合金尤其是Ti-6Al-4V合金紧固件已完全替代了30CrMnSi钢。
热连轧Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素
及微观 结构观察 ， 研究 了热连 轧及热处 理工 艺对 １一 ｒ ｉ
６ ｌ Ｖ 合 金 蠕 变 特 征 及 变 形 机 制 的 影 响 ， 图 为 热 Ａ＿ ４ 试
连轧钛 合金 的发展 与应用提 供理论 依据 。
１ 试 验 材 料 及 方 法
将 真 空 感 应熔 炼 及 ３次真 空 白耗 重熔 制 备 பைடு நூலகம் Ｔ一Ａ －Ｖ合金铸 坯 ， １０ ｉ １ ６ ４ 在 １ ０～１５ ￣ 围内进行热 １０Ｃ范
仅＋Ｂ型 钛 合 金 ， 不 同 工 艺 处 理 ， 得 到 不 同 的 经 可
的影 响并无 文献报 道 。
据 此 ， 研 究 采 用 热 连 轧 技 术 生 产 了 Ｔ．Ａ ＿Ｖ 本 ｊ ｌ ６ ４
合金 ， 并对该 合金进行 了不 同条件 的热处理 ， 过对 通
不 同 工 艺 处 理 的 Ｔ．Ａ ＿Ｖ 合 金 进 行 蠕 变 性 能 测 试 ｉ １ ６ ４
摘 要： 过长期时效、 通 固溶 ＋时 效处 理 和 蠕 变 性 能 测 试 ， 究 了处 理 工 艺对 热 连 轧 Ｔ 一Ａ －Ｖ合 金 蠕 变行 为 的影 响 。 研 ｉ １ ６ ４
结 果 表 明 ， ４０Ｃ，７ ＭＰ 条 件 下 ， 连 轧 态合 金 有 较 低 的 蠕 变 寿命 ， 长 期 时效 和亚 温 固溶 时效 处 理 后 ， 金 的 在 ０ ￣ ５５ ａ 热 经 合
第 ３ 卷 第 １ １ 期
２１ ０ １年 ２月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ． １ ３１，Ｎｏ １ ． Ｆ ｂ ｕａｙ ２ ｅ ｒ ｒ ０１ １
Ｊ ＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥ ＯＵ ＲＯＮ ＡＵＴ Ｃ Ｉ ＡＬ ＭＡＴ ＲＩ Ｓ Ｅ ＡＬ
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Ti26Al24V合金的蠕变行为及影响因素Creep Behaviors and Effect Factors of Ti26Al24V Alloy包宪宇1,田素贵1,赵忠刚1,刘 洋1,陈礼清2,刘相华2(1沈阳工业大学材料科学与工程学院,沈阳110178;2东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,沈阳110004)BAO Xian2yu1,TIAN Su2gui1,ZHAO Zho ng2gang1,L IU Yang1,CH EN Li2qing2,L IU Xiang2hua2(1Depart ment of Materials Science and Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang110078,China;2State Key Laboratory of Rolling and Automation,Nort heastern University,Shenyang110004,China)摘要:通过T6热处理、蠕变性能测试和SEM,TEM组织观察,研究了T6处理对Ti26Al24V合金组织结构与蠕变性能的影响。
结果表明,锻造态Ti26Al24V合金在400℃/575MPa条件下具有较好的塑性和较低的蠕变寿命,并具有明显的温度敏感性。
T6处理可明显提高合金的蠕变激活能和蠕变抗力,与锻造态合金相比,T6处理态合金在蠕变稳态期间具有较低的应变速率,并使蠕变寿命由66h提高到548h。
锻造态合金的组织结构由α+β相组成,T6处理后,合金的组织结构由α相与“网篮”相组成,其中“网篮”中大量针状β相沿不同取向析出是提高合金蠕变寿命的主要原因。
蠕变期间,合金的蠕变机制是双取向的<a+c>位错和<a>位错在α相内发生柱面滑移和锥面滑移。
关键词:Ti26Al24V合金;T6处理;组织结构;蠕变;变形特征文献标识码:A 文章编号:100124381(2008)Suppl20414205Abstract:By means of t he measurement of creep curves and microstruct ure observation,t he influence of T6treated on t he micro st ruct ure and creep p roperties of Ti26Al24V alloy t he alloy is investigated. Result s show t hat t he forged Ti26Al24V alloy displays a higher st rain rate and shorter creep lifetimes at575M Pa and400℃.The creep activation energy and creep resistance of t he alloy is obviously im2 proved by means of T6t reat pare wit h t he forged alloy,T6treated alloy displays a lower creep rate during creep,and t he creep lifetimes is enhanced to548h from66h at some conditions.Mi2 crost ruct ure of t he forged alloy consist s ofα+βp hases.After T6t reat ment,microst ruct ure of t he al2 loy consist s of t he p rimaryαand needle2likeα/βp hases,and signification amount of t he bundle2likeβp hase are p recipitated along t he different orientations,t his is a main reasons of enhancing creep life2 times of t he alloy.During forging,t he denser dislocation rows are activated in t he local region ofαmat rix.During creep,t he deformed mechanism of t he alloy is t he double orientations slip of<a>and <a+c>dislocations activated on t he pyramidal planes inαp hase.K ey w ords:Ti26Al24V alloy;T6t reated;micro st ruct ure;creep;deformation mechanism 钛合金由于具有比钢和镍基合金较低的密度和较高的比强度和比刚度而被广泛应用。
钛合金作为一种重要的工程材料在众多的应用领域得到发展,尤其是航空航天和化工工业领域得到广泛应用[1-3]。
Ti2 6Al24V合金是一种应用极广的钛合金,其合金的组织结构由α+β相组成[4-6],但不同的热处理制度对合金的组织组成有明显的影响[7]。
经不同的热处理后,钛合金的组织形态可能出现3种不同形态[8,9],即:等轴组织、网蓝组织和双态组织,其合金中不同的组织形态具有不同的力学性能。
等温锻造态Ti26Al24V合金的组织结构由等轴α相组成,其网状β相分布在等轴α相的周围,该“等轴”组织的特点是具有较高的塑性和较低的强度;经高于β相变点温度固溶处理,可得到针状相均匀分布的“网蓝”组织[10],并具有较好的综合力学性能;经低于β相变点温度固溶处理后,有未溶α相存在,经快速冷却及时效处理后,合金得到α相与“网篮”共存的“双态”组织,其特点是具有较好的塑性和较高的抗拉强度。
但关于Ti26Al24V合金在锻造期间的变形特征,及亚温T6处理对合金蠕变特征的影响文献报道较少。
据此,本工作对等温锻造态Ti 26Al 24V 合金进行了T6热处理,并对两种状态Ti 26Al 24V 合金进行了蠕变性能测试及微观组织形貌观察,研究了合金在锻造期间的变形特征及T6处理对Ti 26Al 24V 合金蠕变特征的影响,试图为合金的发展与应用提供理论依据。
1 试验材料及方法 将真空感应熔炼及多次电渣重熔制备的Ti 26Al 24V 合金进行等温锻造,得到实验用的锻造态合金。
将等温锻造态Ti 26Al 24V 合金在940℃保温25min 后水冷,进行亚温固溶处理,再经480℃保温24h 进行时效处理,并随炉冷却至室温。
分别将等温锻造和亚温T6处理态的Ti 26Al 24V 合金切割加工成横断面为415mm ×2mm ,标距长度为20mm 的片状拉伸蠕变试样。
将样品置入GW T504型高温持久蠕变试验机中,在不同条件下进行蠕变性能测试,并绘制合金的蠕变曲线。
采用SEM 和TEM 对两种状态及蠕变断裂后的合金进行微观组织形貌观察,并对位错组态进行衍衬分析,探讨合金的变形机制。
2 结果与分析211 Ti 26Al 24V 合金的蠕变特征 等温锻造态Ti 26Al 24V 合金在不同条件下测定的蠕变曲线如图1所示。
合金在不同温度施加550M Pa 应力下的蠕变曲线示于图1a ,在400℃,合金具有较低的应变速率和较长的蠕变寿命,其稳态阶段的应变速率为1104×10-3/h ,蠕变寿命为250h 。
随温度提高到410℃,稳态蠕变速率提高到1188×10-3/h ,蠕变寿命降低到66h ,表明合金具有较强的温度敏感性。
合金在400℃施加不同应力的蠕变曲线示于图1b ,可以看出,在550M Pa 下,合金具有较长的蠕变寿命,随应力提高到575MPa 和600M Pa ,合金的蠕变寿命明显降低,表现出明显的施加应力敏感性。
图1 锻造态Ti 26Al 24V 合金在不同条件下的蠕变曲线Fig 11 Creep curves of t he forged Ti 26Al 24V alloy in different conditions(a )applied stress of 575MPa at various temperatures ;(b )applied different stresses at 400℃ 亚温T6处理态Ti 26Al 24V 合金在不同条件下测定的蠕变曲线示于图2。
在不同温度施加575M Pa 条件下的蠕变曲线如图2a 所示,可以看出,在400℃时合金具有较低的应变速率和较长的蠕变寿命,其稳态蠕变期间的应变速率为4181×10-4/h ,稳态蠕变阶段的时间约为260h ,蠕变后的应变量为30%,蠕变寿命达548h ;随温度提高到410℃,合金在稳态蠕变期间的应变速率提高到713×10-4/h ,稳态蠕变阶段的时间缩短到约100h ,蠕变寿命降低到160h ;随温度进一步提高到420℃,合金的蠕变寿命降低到98h ,表明合金具有明显的施加温度敏感性。
合金在400℃施加不同应力下的蠕变曲线示于图2b ,可以看出,当施加600M Pa 拉应力时,合金在稳态蠕变阶段的应变速率为618×10-4/h ,应变量是20%,蠕变寿命为252h ;随施加应力提高到625M Pa ,合金的应变速率提高到918×10-4/h ,蠕变寿命为90h 。
在400℃,575M Pa 条件下,两种状态Ti 26Al 24V 合金的蠕变曲线的比较示于图3,可以看出,锻造态合金在稳态蠕变阶段的应变速率约为1188×10-3/h ,其蠕变寿命仅为66h 。
经过T6处理后,同样条件下合金在稳态蠕变阶段的应变速率明显降低,蠕变寿命提高到548h 。
表明,T6处理可以明显提高合金的蠕变抗力。
图2 T6处理态Ti 26Al 24V 合金在不同条件下的蠕变曲线Fig 12 Creep curves of T6t reated Ti 26Al 24V alloy in different conditions(a )applied stress of 575MPa at various temperatures ;(b )applied different stresses at 400℃图3 不同状态Ti 26Al 24V 合金在400℃/575MPa条件下的蠕变曲线Fig 13 Creep curves of t he different statesTi 26Al 24V alloy at 400℃/575MPa212 蠕变方程与相关指数 在施加应力的瞬间,合金发生初始应变,随蠕变进行合金的应变量增加,应变速率降低。