Ti-6Al-4V合金加工 q

Ti-6Al-4V合金是用途最广泛的钛合金,在航空、汽车、能源、舰船、化工、医疗器械及体育用品等所有应用领域中,该合金占到50%以上。在航空业中,Ti-6Al-4V合金用作重要的零部件,从隔板、机翼、机架到压气机盘、发动机、叶片、气瓶。例如,Ti-6Al-4V在美国F22"猛禽"战斗机总重中占36%。因此,对Ti-6Al-4V零部件进行设计并改进热加工工艺有助于大大降低成本。 1 Ti-6Al-4V合金的级别 　　Ti-6Al-4V合金根据间隙元素含量被划分成两种级别,它们之间的主要差异是氧含量不同。工业级Ti-6Al-4V中氧的质量分数为0.16%~0.20%;超低间隙(ELI)级Ti-6Al-4V中氧的质量分数为0.1%~0.13%。ELI级中的铝含量比工业级中的稍低。工业级的比ELI级的强度高,延展性稍低,而ELI级的断裂韧性要高出工业级的约25%。因此,ELI级Ti-6Al-4V更适合用于战斗机中对损伤容限有严格要求的部件。而在材料以抗拉强度为设计依据的其它应用中,则通常选用工业级 Ti-6Al-4V。 Ti-6Al-4V是近α合金,具有α+β双相结构。工业级与ELI级Ti-6Al-4V的β转变温度分别为：1010℃~1020℃和970℃~ 980℃。 　　采用形变热处理,可使合金的显微组织发生变化,从针状组织或片状组织(β转变组织)变成等轴(α+β)组织。等轴组织与针状或片状组织的拉伸强度差异不很明显,而等轴组织的延伸率及疲劳寿命是后者的两倍。因此,等轴组织更适合用于对低周疲劳寿命有严格要求的转动部件,例如压气机盘。然而,β转变组织较(α+β)组织有更好的断裂韧性及高温蠕变强度。 2 热机械加工工艺 　　Ti-6Al-4V合金热机械加工工艺步骤如图1所示。 铸锭的初加工主要是在β转变温度以上的机械加工,包括镦锻、侧压、开坯,这些全部是慢速加工,但它有助于使化学成分分布均匀,并且可以破碎铸态组织(β转变组织)。 　　在β加工后采用空冷等快速冷却方法,在原始β相晶界上析出薄α层的针状组织或魏氏组织(层状组织)。原始β晶粒尺寸最好不超过100μm~200μm,α层厚度小于5μm。为了减小原始β晶粒尺寸,通常的做法是,在β加工时,在(α+β)相区,插入几个开坯步骤,以及降低最终β加工的温度。然而,近期许多研究指出,减少原始β晶粒尺寸并没有给热加工带来更多的益处。     

Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化机制研究

借助X射线衍射仪、透射电镜及显微硬度仪等先进仪器,研究了经超音速微粒轰击( SFPB)形变热处理Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化晶粒尺寸演化及纳米化机制.研究结果表明:超音速微粒轰击使Ti-6Al-4V合金表面获得了纳米组织,并发生显著的加工硬化,表面显微硬度比基体硬度提高了1倍多;随着SFPB处理时间的延长,纳米结构层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为20 nm具有随机取向的纳米等轴晶.Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化是由于位错运动、孪晶的形成及交割共同作用的结果;在多方向载荷的重复作用下,在塑性变形区产生了大量的由位错线和高密度位错缠结分割的位错胞,并在位错寨集处产生应力集中,进而形成孪晶;孪晶自身相互交割和位错的滑移相互协调,形成了细小的孪晶和胞状组织;晶胞组织转变为细小多边形亚晶;当孪晶尺寸细化到亚纳米级时,位错的滑移起主导作用,最终通过位锗的湮灭和重组形成了具有随机取向的等轴状纳米晶粒.     

固溶时效对β型Ti-4Al-22V合金硬度的影响

研究了时效对β型Ti-4Al-22V合金硬度的影响，结果表明：经不同固溶温度及时间的时效处理，使合金得到了明显的弥散强化，合金HRC硬度高达43。     

时效工艺对Ti-26合金棒材组织和拉伸性能的影响

对经过790℃固溶处理后的Ti-26合金棒材进行了不同温度及时间的时效处理,研究了时效温度和时间对Ti-26合金棒材显微组织和拉伸性能的影响。研究结果表明:在450~550℃范围内,随时效温度升高,合金组织有针状α相弥散物析出。升温至510℃,相同时效时间内析出α相数量最多,高于510℃,部分析出α相开始溶解。合金时效处理10 h内,随时效时间延长,合金组织针状α相弥散物数量增加,且针状α相存在跨晶界长大现象。合金经510℃×10 h时效处理,α相形核和长大达到最佳匹配,Ti-26合金获得理想的强度和塑性匹配。     

热等静压对Ti-6Al-4V粉末冶金件组织和性能的影响

以Ti-6Al-4V合金棒材为原料,采用等离子旋转电极雾化法(PREP)制备出高品质球形钛粉,再通过热等静压近净成形工艺将粉末压制成块,并对Ti-6Al-4V合金块体的组织和性能进行研究。结果表明:Ti-6Al-4V合金粉末经热等静压后,组织主要由等轴α相+片条α相以及少量β相组成。升温升压速率较快时,粉末颗粒内部主要以片条状的α相为主,且同一束域内的α相彼此平行,规则排列成同一取向,颗粒边界处以等轴α相为主,其力学性能超过锻件;升温升压速率较慢时,冶金件组织发生明显粗化,力学性能介于锻件和铸件之间。     

热处理对Ti-6Al-4V ELI合金厚板组织与性能的影响

研究了热处理对Ti-6Al-4V超低间隙（ELI）合金厚板组织与性能的影响。结果表明，Ti-6Al-4V ELI合金经α＋β区热处理后得到双态组织，强度、塑性都较高；经β区热处理后得到片层组织，细片层组织强度较高。片层粗化后，强度降低。当片层尺寸小于某一临界值（-5μm）时，延伸率随着片层的粗化升高，当片层继续粗化时，延伸率反而下降。     

β热处理对SEBM Ti-6Al-4V Diamond点阵材料显微组织和力学性能的影响

采用电子束选区熔化(SEBM)技术制备Ti-6Al-4V Diamond点阵材料,研究β热处理(1100℃/2 h/FC)对其显微组织与力学性能的影响。结果表明,经β热处理后,Ti-6Al-4V Diamond点阵材料的显微组织由原始β柱状晶转变为等轴晶,针状马氏体α′相以及α+β细片层组织转变为相互平行的α+β粗片层组织,且α片层平均厚度由0.8μm增加至7.4μm。此外,Ti-6Al-4V Diamond压缩应变增加,最大可达13.1%,但强度降低;热处理对点阵材料的模量影响较小。点阵材料的结构与材料具有独立性,热处理不会改变Ti-6Al-4V Diamond点阵材料强度、模量与相对密度的指数关系。     

α＋β型钛合金富氧表层对力学性能的影响

日本研究人员将Ti-4．5％Al-3％V-2％Fe-2％Mo合金与Ti-15％A14％V合金对比研究了热处理状态对富氧层或α层厚度的作用，并研究了这些层对力学性能的影响。加热温度越高、延长加热时间增加了Ti4．5％Al-3％V-2％Fe-2％Mo合金的富氧层或α层厚度，即使在998K低温时加热，使用含纯度为99．999％高纯氩气的大气加热也不能阻止富氧层的形成。     

时效处理对近β型钛合金TLM组织与性能的影响

研究了不同时效温度和保温时间对近β型钛合金TLM微观组织和力学性能的影响。结果表明,经β单相区固溶+时效处理后合金微观组织特征为:沉淀α相在晶界两侧沿一定的晶体学位向呈集束状析出,晶内也有大量沉淀α相产生。随着时效温度升高,沉淀α相尺寸逐渐增大且趋于均匀,合金强度降低,塑性增强。当时效温度从480℃升高至510℃时,强化效果最为明显,合金的抗拉强度增量达到最大值184 MPa;当时效温度从510℃升高至540℃时,抗拉强度增量最小,仅63 MPa。随着保温时间的延长,晶界附近析出的集束状α相尺寸明显增大,且在原来未析出区域也有α相产生,分布逐渐趋于均匀。在480℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度增大,塑性降低;在510℃下进行时效时,合金强度和塑性随保温时间延长变化不明显;在540℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度减小,塑性增强。     

Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对Al-8Si合金同时细化和变质效果

采用氟盐法和对掺法成功制备了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金的组织及相组成。通过改变Al-5Ti-1B-4Sr中间合金细化变质保温时间,采用微观组织分析和宏观组织分析方法,研究了Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对Al-8Si亚共晶铝硅同时细化和变质的效果。研究结果表明,Al-5Ti-1B-4Sr中间合金中含有Al_3Ti相、TiB_2相和Al_4Sr相,Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对亚共晶铝硅合金有良好的同时细化变质效果。Al-5Ti-1B-4Sr中间合金可使共晶硅从针状或板片状形貌转变为纤维状或块状。与未变质试样相比,细化变质时间为10 min时,Al-8Si合金中针状或板片状共晶硅显著减少;变质时间超过20 min时,看不到针状或板片状共晶硅存在;当变质时间达到80 min时,部分针状或板片状共晶硅再次出现。随着Al-5Ti-1B-4Sr细化变质保温时间的变化,α-Al的二次枝晶臂间距和共晶团尺寸先减小后增大,细化变质保温时间为30 min时效果最好。Al-5Ti-1B-4Sr中间合金对亚共晶铝硅合金细化变质的孕育期为10~20 min,衰退期为60 min。