TC4钛合金热处理工艺的研究现状及进展

本文首先针对TC4钛合金的热处理工艺,当下在固溶处理(固溶温度、冷却速率)、时效处理(时效温度、时效时间)、深冷处理,这几方面的研究现状进行了分析,然后针对这些研究的现状,在未来的发展趋势上提出了几点分析,以供各位业界同仁参考和指导.     

热处理工艺对TC4钛合金组织及性能的影响

当前随着我国科学技术水平的不断提升,在航空装备的制造过程中,钛合金已经成为了非常重要的原材料。因为钛合金及钛元素具有强度高而且密度低的特点,所以无论是在抗冲击性能、耐腐蚀性能还是耐热性能等方面,都优于其他的合金材料,并且在飞机上使用钛合金材料,还能够利用复合材料的电化学相容性较好的特点,进而保证我国航空航天水平得到更好的提升,同时,在武器制作的过程中钛合金,也成为了衡量其先进性的重要指标,因此,探究不同处理工艺对钛合金组织及性能的影响具有非常重要的意义。基于此,本文通过分析热处理工艺对TC4碳合金组织及性能的影响,探究如何通过对工艺流程进行控制提高钛合金材料的使用性能。     

精锻及热处理工艺对TC11钛合金棒材显微组织的影响

研究了精锻及热处理工艺对TC11合金棒材显微组织的影口向。试验结果表明：TC11合金棒材显微组织中长条α及大块α相的产生，是由于原始坯料组织粗大及不均匀造成的，长条α相或粗大α相具有组织“遗传性”，在“α β/β”相变温度以下加热，多火次大变形量锻造，很难将其消除，只能使其形状大小发生有限程度的改变。     

不同热处理工艺对TC20钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC20钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明：TC20钛合金经过两相区固溶+时效处理后得到双态组织,通过控制固溶冷却方式以及时效温度可调整初生α相含量以及次生α相含量和尺寸,改善其强度和塑性的匹配。采用940℃/1 h/WQ+700℃/30 min/AC+550℃/6 h/AC三重热处理工艺,在保证强塑性较佳匹配的同时,可以有效解决棒材直线度问题。     

准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和性能的影响

通过改变单相区保温时间,研究了5种准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和力学性能的影响。结果表明:保温40 min及以下时,为网篮组织,而保温50 min及以上时,组织呈现魏氏组织特征,随保温时间延长,晶粒尺寸增大,片状α相更细更长;合金强度和断裂韧性随保温时间的延长呈递增趋势,而塑性逐渐变差。TC4-DT钛合金在单相区保温50 min时,具有较好的强度、塑性以及断裂韧性匹配,强度可达865 MPa,断面收缩率可达31%,而断裂韧性能够达到99 MPa·m~(1/2)。     

热处理对TC16钛合金棒材显微组织和力学性能的影响

将小规格TC16钛合金轧制棒材在780℃保温2 h,进行了不同炉冷出炉温度、不同第二级退火温度及不同冷却方式的热处理实验,分析了热处理前后棒材的显微组织和力学性能。结果表明:热处理前后棒材显微组织的差异较大;随着出炉温度的降低,强度和塑性均出现先升高后降低的现象,炉冷至530℃后空冷可得到较高的强度及良好塑性;第二级热处理温度越高,强度越低,同时塑性较高;在不同的冷却方式下,炉冷可获得最优的强度塑性匹配。     

热加工工艺对叶片用TC4钛合金棒材组织与性能的影响

为优化发动机叶片用TC4钛合金棒材热加工工艺,对比研究了相同条件下精锻和轧制工艺对棒材组织与性能的影响,以及精锻温度和精锻变形量对棒材组织与性能的影响。结果表明：与精锻相比,轧制变形时间短、温升明显,导致轧制棒材初生α相含量低,室温强度和高温强度明显低于精锻棒材,但组织更加均匀,超声探伤杂波水平低。此外,随着精锻温度的升高,棒材初生α相含量减少,室温强度和高温强度下降,但超声探伤杂波水平降低;随着精锻变形量的增大,棒材变形不均匀性加剧,室温强度和高温强度逐渐提高,但超声探伤杂波水平增大。精锻温度为940℃时,TC4钛合金棒材的组织与性能匹配较好。     

热处理对热挤压TC4钛合金T型材组织和性能的影响

研究了9种双重退火工艺对热挤压TC4钛合金T型材显微组织及力学性能的影响。结果表明:1金相组织基本保留了β单相区热加工组织,第一阶段退火制度相同时,随着第二阶段退火温度的升高,晶内部分长条α相变厚,晶界上有序排列的针状α相也开始粗化;第二阶段退火制度相同时,随着第一阶段退火温度的升高,晶粒明显长大,晶界更加清晰,β相向α相转变,β相含量减少;2抗拉强度、屈服强度和延伸率均能够满足航天长桁用型材的要求,其中经750℃×4h/AC+500℃×1 h/AC双重退火处理的,强度和塑性指标最高。     

热处理温度对TC20钛合金细晶棒材组织和性能的影响

TC20钛合金具有较低的密度、合适的强度以及优良的生物相容性、耐腐蚀性、可加工性等特点,被广泛用作生物医用材料。细小均匀且稳定的显微组织是保障和提高TC20钛合金产品使用寿命的关键,因而研究相同加工条件下,热处理制度对棒材组织及性能的影响具有重要意义。为此,对TC20钛合金细晶棒材进行了不同温度下的热处理实验,分析了经不同温度热处理后棒材的显微组织和力学性能变化。结果表明:热处理温度对T20钛合金棒材显微组织的影响较显著,随着热处理温度的升高,细晶棒材强度持续降低,在800℃处理时强度降低幅度最大,而塑性基本不变。     

形变热处理对TC11钛合金热稳定性的影响

采用正交设计方法研究了形变热处理的变形温度、变形度、矫正温度及时效温度对TC11钛合金热稳定性的影响;探讨了合金在500℃、100b热暴露过程中β转变组织内部的相变行为及对合金塑性产生不利作用的机制。试验结果表明:合适的形变热处理工艺可使合金获得较好的热稳定性;残余β相的进一步分解及次生α的粗化是使合金在热暴露过程中塑性降低的主要原因。     

热处理工艺对TC16钛合金棒材性能的影响

TC16钛合金是马氏体型α+β两相高强钛合金,能够通过热处理改善其组织与性能。研究了退火温度与固溶加时效工艺对TC16钛合金棒材性能的影响。结果表明:TC16钛合金采用800～820℃保温2 h,以2～4℃/min冷速随炉冷却至550℃后空冷的退火工艺,能够获得所需的强度和满足冷镦要求的工艺性能;降低固溶温度、延长时效时间与提高时效温度,有利于改善TC16钛合金的塑性,反之,有利于提高TC16钛合金的强度。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α’相。退火后,晶内的针状α’相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

轧制温度和热处理对TB9钛合金棒材组织和性能的影响

研究了轧制温度和热处理制度对TB9钛合金棒材显微组织及力学性能的影响。结果表明:在800、850、930℃下轧制的TB9钛合金棒材经810℃×30 min/WQ固溶后,显微组织均为等轴β组织,930℃下轧制的棒材组织更加均匀,轧制温度对棒材固溶后的力学性能影响较小。经510℃×12 h/AC时效处理后,棒材的强度和塑性等综合性能随轧制温度的升高变化不大,抗拉强度全部大于1 300 MPa,屈服强度大于1 200 MPa,延伸率大于10%,能够满足某零件对材料的要求。此外,TB9钛合金的强度随时效温度的上升而减小,而塑性逐渐增加。     

不同锻造工艺对TC4钛合金棒材显微组织与力学性能的影响

研究了α+β两相区锻造、近β锻造和β锻造3种不同锻造工艺对TC4钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,TC4钛合金经α+β锻造、近β锻造和β锻造3种工艺锻造后,分别获得等轴组织、混合组织以及片层组织;3种组织的强度相当,等轴组织和混合组织的塑性较好,混合组织和片层组织的冲击韧性较好。采用近β锻造方式,可使TC4钛合金棒材获得最佳的综合性能。     

热处理对TC10钛合金冲击性能的影响

对TC10钛合金用不同固溶温度进行热处理,测试其冲击性能,并观察组织变化和断口形貌,研究了固溶温度对TC10钛合金冲击性能的影响。结果表明,随着固溶温度的提高,初生α相逐渐减少,当温度达到950℃后初生α相全部转化为β相,从断口形貌看,试样由韧性断裂转变为脆性断裂,冲击性能随热处理温度的提高先升高再降低,中间出现一段稳定的最高值。     

热处理制度对选择性激光熔化成形TC4钛合金的组织与力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和电子万能材料试验机研究热处理制度对选择性激光熔化成形技术(SLM)成形TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:激光成形样品的组织主要由呈外延生长的粗大柱状晶组成,原始柱状β晶粒的显微组织由大量的针状α′相组成;随退火温度升高,条状α相的宽度先增加后降低,强度降低,塑性增加;在(α+β)两相区固溶时,随固溶温度升高,α相的长宽比增加,α相的间距减小,α束集变大,强度升高,塑性降低;对比该7种热处理制度,800℃保温2 h炉冷为最佳热处理工艺,经该工艺处理的试样综合力学性能较好。     

热处理对航空用TC4钛合金薄板力学性能影响研究

研究了TC4钛合金薄板经普通退火、α+β两相区固溶加时效处理及β单相区固溶加普通退火处理后,显微组织与力学性能的关系。结果表明,普通退火处理对TC4钛合金板材显微组织的影响较小,α+β两相区固溶加时效处理后能够获得双态组织,而β单相区固溶加普通退火处理能获得粗大的魏氏组织;其中双态组织的TC4钛合金薄板表现出优异的拉伸性能,而魏氏组织的TC4钛合金薄板具有较低的疲劳裂纹扩展速率及较高的裂纹扩展阻力。     

加工工艺对Ti7Al4Mo合金棒材组织性能和超声声速的影响

为优化Ti7Al4Mo合金棒材制备工艺,对比研究了精锻工艺和热处理对棒材组织、力学性能和超声声速的影响。结果表明：相同精锻变形温度下,变形量大的?40 mm棒材超声声速低于变形量小的?60 mm棒材,但强度稍高。随着变形温度的提高,棒材初生α相含量逐渐降低,但超声声速逐渐提高,强度先提高后降低。固溶水冷棒材的超声声速低于固溶空冷棒材,且随着固溶温度和时效温度的升高,超声声速逐渐提高。随着固溶温度的升高和时效温度的降低,棒材的强度提高但塑性下降。当热处理制度选用(940～960)℃/1.5 h/WQ+(550～600)℃/8 h/AC时,Ti7Al4Mo合金棒材的强度和塑性匹配较好,且超声声速较高。