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。