不同热处理工艺下TC4-DT钛合金的显微组织及力学性能

研究了几种热处理制度对TC4-DT钛合金板材显微组织和力学性能的影响。结果表明:等轴或双态组织具有好的拉伸性能,片层组织能够有效提高材料的断裂韧性;控制单相区固溶的冷却速度以及第二重热处理的温度和冷却速度,可以获得不同尺寸的片层组织;单相区固溶后空冷,再经两相区第二重热处理,空冷的组织中含有粗的初生α片层和细小的次生α片层,炉冷的组织中α片层变厚,单相区固溶后水冷得到马氏体组织,在两相区热处理保温时,马氏体组织直接分解成粗的α片层。采用1 015℃/1 h/AC+955℃/1.5 h/AC+550℃/6 h/AC多重热处理,可以获得粗细相间的片层组织,具有更好的强度-塑性-断裂韧性的综合匹配。     

钛合金等温锻后冷却方式对组织和力学性能的影响

本文通过等温锻压机对TB6钛合金进行等温锻造,锻造完成后锻坯采取水淬和空冷不同的冷却方式,冷却完成后水淬的锻坯进行时效处理,空冷的锻坯进行固溶时效处理。研究TB6钛合金等温锻后不同的固溶时效制度对钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,TB6钛合金等温锻后水淬的α相尺寸小于等温锻后空冷的α相尺寸,水淬的钛合金β基体上无感生α相,空冷的钛合金β基体上有感生α相形成。水淬的钛合金经时效后析出的次生α相比空冷的钛合金经固溶时效后析出的次生α相更加混乱。TB6钛合金等温锻后水淬经时效的强度和塑性与等温锻后空冷经固溶时效的水平相当,但断裂韧度前者高于后者。     

再次热处理对TC4-DT钛合金板材组织及性能的影响

经β退火后的TC4-DT钛合金板材,其强度未达到AMS 4905标准要求。为此,在β单相区和α+β两相区分别又进行了固溶(冷却方式分别为空冷和水冷)加时效处理。观察了经不同工艺热处理后板材的显微组织,并对其室温拉伸性能、断裂韧性进行了测试分析。结果表明,再次热处理后板材组织未发生明显改变。与空冷态相比,水冷后的次生α更细小。与原始β退火相比,水冷后板材的拉伸强度、屈服强度增加约70 MPa,同时断裂韧性略有减小,延伸率略降至8.5%。经再次热处理后,板材的强度和断裂韧性均达到标准要求。     

一种提高TC4-DT钛合金棒材两相区断裂韧性的方法

本发明将TC4-DT钛合金棒材在温度为(Tβ-80)～(Tβ-20)℃的条件下保温1～2 h后炉冷,然后在500～600℃保温4～8 h后空冷,其次生α相含量增多且组织粗化,裂纹在扩展过程中遇到较厚的片层α相而改变扩展路径,同时消耗更多的能量,从而提高了TC4-DT钛合金棒材两相区的断裂韧性,最终实现了棒材强度、塑性、断裂韧性的良好匹配。     

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。     

TB6钛合金等温锻后热处理工艺研究

采用等温锻压机对TB6钛合金方棒进行等温锻造,锻造完成后对锻件进行水淬和空冷2种不同方式的冷却,再对水淬的锻件进行时效处理,空冷的锻件进行固溶+时效处理。研究了等温锻后热处理工艺对TB6钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,等温锻后水淬,α相尺寸较小,等温锻后空冷,α相尺寸较大;水淬后β基体上无感生α相,空冷后β基体上有感生α相形成;水淬+时效后析出的次生α相比空冷再经固溶+时效后析出的次生α相更加混乱。TB6钛合金经等温锻后水淬+时效处理,其强度和塑性与等温锻后空冷至室温再进行固溶+时效的水平相当,且平面应变断裂韧度更高。     

固溶时效对TC19钛合金棒材组织及性能的影响

对TC19钛合金棒材进行固溶时效热处理,利用SEM及力学性能测试研究固溶温度、时效温度对其组织及室温力学性能的影响,并对不同固溶冷却方式及时效时间下的组织和力学性能差异进行对比研究。结果表明:固溶处理后棒材组织为初生α相和亚稳态β相基;再经时效处理后组织转变为分布在β相基体间的条状初生α及弥散在β相中的细小α析出相。当时效温度一定时,随固溶温度的升高,强度增加,塑性下降;当固溶温度一定时,随时效温度的升高,强度先略微升高后降低,塑性升高;固溶后冷却速度较快及延长时效处理时间时,试样均呈现强度升高,塑性下降的规律。热处理工艺为860℃/1 h,空冷+570℃/4 h,空冷时,棒材强塑性匹配最佳。     

显微组织类型对TB17钛合金力学性能的影响

研究了TB17钛合金不同显微组织特征在固溶态和固溶时效态时,对其相组成、室温拉伸性能和断裂韧度的影响。结果表明,TB17钛合金经不同固溶热处理并冷却到室温后,不同显微组织特征的相组成相差不大,主要由残余β相和α相组成,无β→ω相变和β→α″等非平衡相变发生;从β单相区固溶冷却后,显微组织为单一β相组织;固溶处理状态下,随着α相含量由单一β相的0提高到网篮组织的8.06%,其拉伸强度逐渐提高,而拉伸塑性下降明显。经固溶时效处理后,具有不同显微组织特征的TB17钛合金均析出了弥散分布的细片层状时效α相,其中双态组织最薄,网篮组织最厚,拉伸强度的提高是细片层状α相的厚度和等温时效后析出的细片层状α相体积分数共同作用的结果,且拉伸强度提高的幅度与析出的细片层状α相体积分数成正相关关系;片层状α相厚度与其断裂韧度成正相关关系,且固溶处理后存在的粗片层状α相的影响更大。     

固溶-时效对粉末成形TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式以及时效温度对粉末成形TC4钛合金相组成、微观组织以及力学性能的影响,分析了固溶-时效热处理过程中微观组织变化及析出强化机制。结果表明,在两相区固溶处理,随固溶温度的升高,初生α相含量不断减少;单相区固溶处理后,初生α相全部溶解,析出相呈片层状;固溶时采用水冷可获得α+α′组织,时效过程中马氏体分解形成的次生弥散相实现合金强化。粉末成形TC4钛合金经950℃/1 h/WQ+500℃/4 h/AC热处理后,综合性能匹配良好,抗拉强度为1231 MPa,屈服强度为1126 MPa,延伸率为10.75%。     

固溶热处理对TC17棒材组织与性能的影响

针对TC17钛合金Φ500mm棒材进行固溶热处理实验,研究不同固溶热处理时间对TC17钛合金大规格棒材组织和性能的影响,结果表明:高温固溶热处理的保温时间与固溶热处理的温度高低对TC17钛合金棒材的组织与性能都有较为明显的影响。当高温固溶时间大于1h时,随着保温时间的增加,TC17钛合金棒材强度降低,塑性提高;随着固溶温度的升高,棒材显微组织中初生α相含量减少,生成的β转变组织逐渐增多,其拉伸强度提升,塑性下降。     

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。     

热加工及热处理工艺对TC21钛合金板材微观组织和力学性能的影响

对TC21钛合金板材进行不同工艺的热轧制及热处理试验,阐明了不同工艺条件下微观组织的演变规律,明确了板材强塑性、冲击功以及断裂行为与不同显微组织之间的对应关系。研究表明,随着轧制温度从930℃升高至1060℃,板材显微组织依次由板条组织变为等轴组织再变为双态组织,该过程中板材强度降低,塑性变化不大,冲击韧性无明显的规律性,960℃和1060℃轧制时板材冲击韧性较高;通过热处理同样可以有效调控显微组织,随着固溶温度从900℃升高至960℃,再经相同工艺时效处理后,原始的α相向β相转变,并在固溶温度为960℃时析出细小的α板条,该过程中强度先升高后降低,塑性和冲击韧性则先降低后升高。960℃轧制得到的TC21钛合金板材经过960℃×2 h/AC+590℃×4 h/AC热处理后,可获得较好的强韧匹配。     

热处理工艺对BT25钛合金锻件的组织与性能的影响

研究了不同固溶温度及冷却方式对BT25钛合金锻件组织与性能的影响。结果表明：同一固溶温度下,空冷的比炉冷的显微组织细小。固溶温度在相变温度以上,空冷的比炉冷的室温强度高,但塑性指标及冲击韧性变化不大。固溶温度在相变温度以下,同一固溶温度下空冷的比炉冷的室温强度稍高、断面收缩率和冲击韧性要高的多、延伸率变化不大,但屈服强度略有下降。高温强度随着冷却速度的提高而呈现略有提高趋势,塑性指标变化不明显。选用固溶温度为相变点以下30-40℃,保温2h空冷＋550℃,6h空冷热处理制度,可以保证合金强度和塑性的最佳配合。     

不同热处理工艺对工业TC4合金板材组织和性能的影响

研究了两相区普通热处理和β相区固溶+两相区固溶双重热处理对工业TC4合金板材组织和性能的影响。结果表明:两相区普通退火处理(分别在700,750,800℃保温1 h,空冷)可以得到较好的综合性能,随温度升高,晶粒略有长大,强度、塑性逐渐降低;β相区固溶+两相区固溶双重热处理(1 050℃×30 min,AC+720℃×2 h,AC)得到网篮组织,强度、塑性明显降低。     

形状比对TC4-DT钛合金厚板轧制变形渗透性影响规律

基于热模拟压缩试验得到的流变应力曲线,建立了TC4-DT钛合金厚板单道次热轧模拟仿真平台,对不同压下率和形状比条件下的热轧过程进行仿真分析,以等效塑性应变为0.2作为透性衡量指标,研究了板坯厚度方向变形渗透规律。经拟合,得到TC4-DT钛合金轧制时形状比(SR)与变形渗透深度的经验公式为:y=29.1exp(3.2SR)-60.66。提高形状比可显著改善TC4-DT钛合金厚板心部的变形程度,提高板材的一次合格率。     

热处理对深海耐压壳用Ti542222钛合金厚板组织性能影响研究

为获得强度-塑性-韧性最佳匹配的深海耐压壳用Ti542222高强高韧钛合金，研究了固溶温度、时效温度对Ti542222厚板显微组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明：经750～800℃固溶处理后，合金由初生α_p相和亚稳β相组成，且均随温度升高而长大，β基体上次生α_s相发生了由α_s→β的转变，强度降低，韧性提高；当在800～860℃固溶处理时，初生α_p相减少，在β相基体上析出斜方马氏体α″相，且随温度升高，初生α_p相和β相逐渐粗化，α″相大量增加，强度稳步提升，塑、韧性降低；在860℃/1.5 h空冷(AC)+(550～760)℃/4 h AC固溶时效中，当时效温度为550℃时，显微组织与860℃/1.5 h AC退火后基本一致，亚稳β相分解形成的次生α_s相比较细小、均匀，强度仍保持高值，但韧性不能满足深海耐压壳材料需求，当时效温度为630～760℃时，显微组织为初生α_p相、 β相、 α_s相，且随着时效温度升高，...     

固溶和时效温度对铸态TC18合金组织性能的影响

钛合金具有相变复杂性以及相变敏感性,制备状态下的高强钛合金其显微组织及力学性能与对应的固溶-时效工艺直接相关。该研究对名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe的TC18钛合金进行固溶-时效处理,对比研究不同固溶温度以及时效温度对其显微组织及力学性能的影响。结果表明,固溶-时效热处理对合金性能提升效果显著,固溶处理使合金基体中残存的初生α相粗化,其他区域形成过饱和固溶体,在接下来的时效过程中,β基体析出细小针状次生α相。在两种α相的配合影响下,合金整体强度提升明显。     

热处理对激光沉积TC4钛合金组织与力学性能的影响

以TC4钛合金球形粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TC4钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法对比研究沉积态、退火态及固溶时效态试样的显微组织及力学性能,并对固溶时效后特殊β转变组织的形成机制进行了讨论。结果表明:去应力退火处理对钛合金的组织与性能影响不大;经两相区固溶时效处理后,初生α相体积分数大幅度下降,部分初生α相呈颗粒状;固溶处理后会生成细针状的马氏体α'相,针状α'相间的β相呈连续状薄层,后续的时效处理则使β相进一步分解成非连续的散点状,与组织中次生α相组成特殊的β转变组织;由于固溶时效态试样组织中存在较多细小相造成位错塞积使强度明显提高,塑性大幅下降;固溶时效处理后试样显微硬度明显升高;沉积态与两种退火态试样断口表面都存在大而深的韧窝,为延性断裂,固溶时效态断口表面存在较小韧窝和撕裂棱,为半解理半延性断裂。     

固溶温度对Ti6Al4V ELI钛合金显微组织及性能的影响

采用扫描电镜(SEM)和金相显微镜(OM)研究了固溶热处理对Ti6Al4V ELI钛合金显微组织的演变规律,以及显微组织对力学性能的影响关系,结果表明:随着固溶温度的升高,Ti6A14V ELI钛合金初生αp相含量降低,片层α相厚度和β晶粒尺寸均增加;钛合金强度和塑性均随着固溶温度的升高而降低,在952℃固溶后时效,抗拉强度可达915 MPa,延伸率16.8％,断裂韧性仅为84 MPa·m1/2;在997℃进行固溶后时效,钛合金抗拉强度降低至861 MPa,延伸率9.6％,断裂韧性达115 MPa·m1/2.在952℃进行固溶,Ti6A14V ELI钛合金为韧性断裂,提高固溶温度后合金呈韧脆混合型断裂.