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β21s钛合金板材热处理工艺研究

日期:2016-09-17 10:41:36
 

 

β21s钛合金板材热处理工艺研究

 

    美国Timet公司设计开发了一种抗氧化性能优异的钛合金材料,其名义化学成分为Ti-3Al-2.7Nb-15Mo-0.2Si,并将其命名为TIMRT21s,由于其为亚稳定β型钛合金,后期通称为β21s钛合金。研究发现,β21s钛合金不仅抗氧化性能优异,而且该合金的抗腐蚀性能高出普通钛合金12个数量级。该合金由于在固溶状态下具有良好的室温塑性,因而具有良好的冷热加工性能,可以进行航空航天钣金产品的加工。合金主要β稳定元素为高熔点的钼和铌,使合金具有良好的抗氧化性能,可制造长时间用于500℃高温环境下服役的零部件。目前,美国已经使用β21s钛合金板材制造波音777飞机发动机吊舱部件以及航天飞机用钛基复合材料高温部件等,但是针对其板材成形的固溶处理制度以及零件使用状态的时效制度尚未见报道。

  鉴于此,科研人员研究了不同固溶温度对β21s钛合金板材显微组织和室温力学性能的影响规律,同时选定不同时效温度,研究了时效温度对β21s钛合金板材室温及高温力学性能的影响。

  将精选一级海绵钛、铝豆、铝铌中间合金、钛钼中间合金等原材料均匀混合后压制并焊接成自耗电极,在1000kg真空自耗电弧炉上经过3次熔炼生产出β21s钛合金成品铸锭,铸锭化学成分符合美国ASTMB265标准要求。铸锭选择在β相区加热开坯,然后在(α+β)相区加热锻造成60mm×400mm×600mm规格板坯,再在(α+β)相区加热将其热轧为6mm厚度的板坯,最后冷轧为2mm厚度的板材,酸洗清理表面后进行试验。研究选定了4种固溶温度(800815830845℃×10min,空冷)和3种时效温度(550600680℃×8h,空冷)进行试验,以研究固溶温度和时效温度对β21s钛合金板材显微组织与力学性能的影响。试验结果如下:

  (1)β21s钛合金板材高温固溶时,随固溶温度升高,合金固溶态强度降低、塑性提高。

  (2)β21s钛合金板材固溶+时效态力学性能与其时效温度的选择有很大关系。随着时效温度的升高,合金时效态强度降低、塑性提高。

  (3)β21s钛合金板材在845℃固溶后,可获得理想的室温加工塑性,经600℃时效后,其室温抗拉强度可达1200MPa以上、伸长率保持在10%以上,同时其500℃高温抗拉强度可达700MPa以上。