TA16合金的名义成分为Ti-2Al-2.5Zr,是一种单相α型钛合金,相变点约930℃。。由于TA16合金拥有较高的塑性、适中的强度,并拥有优良的冷、热加工机能、耐蚀及焊接性好等特点而重要以管材大局在航空、船舶及核反映堆等领域作为管路系统利用[1-7]。。管路系统持久是在高温、高压及高应力等前提极为复杂、刻薄的工况下使用,要求管材拥有优良的室温、高温机能、工艺机能和抗侵蚀机能。。而随着航空、航天产品小型化、轻型化的发展必要,对管路系统提出了更高的要求。。

本文通过对冷轧后的TA16合金管材进行分歧温度的热处置,取样分析管材室温拉伸机能和金相组织,索求热处置温度对TA16合金管材机能和显微组织的影响。。选择最佳工艺进行 批量热处置,进行室温拉伸机能和工艺机能测定。。由于TA16合金管材需持久在高温环境下服役,取样进行分歧温度的高温拉伸测试和拉伸断口描摹观察,钻研TA16合金管材在分歧温度下机能和断口描摹的变动法规。。

我国钛合金管材在管路系统现实利用方面与国外先进国度仍存在较大差距,在小规格管材的研制和加工技术方面落后,产品存在机能不不变、批次性差、晶粒粗壮等问题。。作者但愿 这些钻研工作的发展有助于加深对钛合金塑性变形法规的意识,可能为TA16合金的出产和推广提供援手。。

1、尝试

尝试选择1级海绵钛、原子能级海绵锆和铝箔、铝豆为原料,经过3次真空自耗电弧炉熔炼制备成φ160mm的TA16合金铸锭,铸锭化学成分见表1。。

TA16合金铸锭经过开坯,精锻成φ100mm棒坯。。棒坯经车光、钻孔、包套后选取1500t卧式挤压机挤制成φ30mm管坯。。选取LG30轧机进行开坯至φ21mm后,选取LD30/15/8轧机进行分歧变形量、多道次精轧至制品。。轧制后的管材经过除油酸洗后,别离经分歧温度(600℃、650℃、700℃、750℃)保温60min,热处置均选取φ250×2500mm真空热处置炉进行。。试样截面经过磨制、抛光后,使用侵蚀剂(1~3mLHF+2~6mLHNO3+100mLH2O)进行侵蚀,浸蚀功夫为10~20s。。选取OlympusMPG3立式金相显微镜对显微组织进行观察。。管材试样室温拉伸机能在INSTRON5985全能资料尝试机上依照GB/T228-2002《金属资料室温拉伸试验步骤》测定,管材试样高温拉伸机能在INSTRON5982全能资料尝试机上依照GB/T4338-2006《金属资料高温拉伸试验步骤》测定Rm,Rp0.2,A别离为资料的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率。。在JSM-6700F扫描电子显微镜上观察拉伸试样的断口描摹。。

2、了局与会商

2.1 热处置温度对TA16合金管材室温拉伸机能的影响

TA16合金管材是经过大变形量冷轧而成。。管材经过加工内部产生大量的位错、缺点以及较大的残存应力,使得管材强度较高,塑性较低。。图1为分歧热处置温度与力学机能的关系曲线。。由图1可见,管材在分歧的热处置制度下,随着温度的升高,其强度和塑性均呈降落趋向。。管材在600℃热处置时,获得较好的强塑性匹配,重要是由于经过大变形轧制使得管材晶内储能较多,回复较快所致。。在600~750℃热处置时,管材的强度变动不显著,管材的抗拉强度介于575~600MPa,屈服强度介于425~475MPa。。在750℃热处置时,管材的抗拉强度并不随温度的升高而变动,根基维持不变水平,反而管材的塑性降低,重要是由于随着温度的升高晶内储能充分开释,加工硬化得到解除,高的热处置温度造成再结晶晶粒长大引起。。

屈强比是判断金属资料塑性的重要指标,也是制订金属塑性加工工艺的重要凭据之一。。通常情况下钛及钛合金的屈服强度与抗拉强度差距较小,即屈强比力高,通常在80%以上,而 很多中、高强度的钛合金的屈强比在95%以上,导致塑性相对较差。。图2为分歧热处置温度对管材屈强比的影响曲线。。由图可见,随着热处置温度的升高,屈强比逐步减小,管材试样产生显著的软化,有利于管材的冷加工。。

2.2 热处置温度对TA16合金管材室温拉伸组织的影响

选择分歧的热处置制度对合金组织及晶粒巨细有着直接的影响,管材试样低于600℃热处置时,变形流线组织显著削减,但依然残留着部门破碎的加工态变形组织;在600℃热处 理时,TA16合金产生再结晶并获得较好的强塑性匹配,重要是由于管材经过大变形提高位错密度,而合金中80%~90%再结晶贮存能是以位错大局贮存于变形金属中,位错产生的再结晶驱动力与位错密度成正比。。因而变形后的金属内部变形量越大其贮存能就越高,再结晶的驱动力也就越大[5]。。随着热处置温度的升高,在650℃、700℃和750℃时TA16合金再结晶的晶粒逐步长大(见图3)。。

2.3 制品管材热处置后的工艺机能

从分歧温度热处置后的试样拉伸机能可看出,管材经600℃热处置可获得较好的强塑性匹配。。选取该温度对制品管材进行批量热处置,测得的室温拉伸机能齐全切合GJB3423A-2008要求(机能见表2)。。在室温下,用锥度为74℃的顶芯在管材轴向施加压力,使管材产生外径为原始外径的1.3倍的扩口变形后,管材试样扩口处理论没有出现裂纹和其他可见的缺点。。依照弯曲半径为管材名义外径的3倍要求,使管材试样弯曲180℃,弯曲处理论没有出现裂纹和其他可见的缺点。。管材进行压扁试验,压至划定的间距H时(①H=3.33mm;②H=4.93mm;③H=6.15mm;④H=8.15mm),管材理论没有出现裂纹和其他可见的缺点。。

2.4 热处置温度对TA16合金管材高温拉伸机能的影响

TA16钛合金管材重要在航空、舰船、核反映堆热互换系统、液压管路系统中是在高温、高压及高应力等极为复杂的恶劣工况下工作,工作温度通常在350℃左右。。在持久服役中TA16合金管材内部必然产生较大的温度梯度和应力梯度,引起资料产生循环往复的部门塑性变形。。因而,在高温下管材机能的曲直对整个系统的安全性和不变性影响至关重要。。选择100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃对TA16合金管材进行高温拉伸试验,察照管材在高温下机能的变动法规。。

由图4可见,随着拉伸温度的升高,管材抗拉强度和屈服强度均出现降落趋向。。在100~200℃拉伸时,管材的抗拉强度从497MPa降落到404MPa,屈服强度从315MPa降落到 265MPa,强度降幅比力显著。。在250~350℃拉伸时,管材的抗拉强度从404MPa降落到341MPa,屈服强度从265MPa降落到229MPa,强度变动呈缓慢降落趋向,TA16合金管材机能在这个区间阐发出对温度不敏感,对资料持久在300℃左右温度下使用的安全性和靠得住性极度有利。。350℃高温拉伸所测的管材机能满足GJB3423A划定的Rm≥245MPa,Rp0.2≥177MPa的要求。。

2.5 热处置温度对TA16合金管材高温拉伸断口描摹的影响

用SEM电镜观察TA16合金管材高温拉伸断口描摹,从拉伸断口的SEM分析看(见图5),所有试样经过高温拉伸的断口均出现颈缩,断口显著可见大量扯破棱和韧窝,扯破棱下有大 量滑移线,韧窝浅且窝底平展,别的断口上出现肯定数量的河道状特点。。由于韧窝和扯破棱高度较低因而TA16合金在350℃下的塑性低于室温也是必然的。。

3、结论

(1)TA16合金管材在600~750℃热处置时,管材的强度、塑性和屈强比随着温度的升高均呈降落趋向,在600℃热处置时,管材可获得最佳的强塑性匹配。。管材的内部组织产生再结晶,随着温度的升高,晶粒逐步长大。。

(2)选择600℃批量热处置时,测得的管材室温拉伸机能及工艺机能切合GJB3423A要求。。

(3)TA16合金管材在100~350℃高温拉伸时,管材的强度呈降落趋向,测得的管材350℃高温拉伸机能切合GJB3423A要求。。管材高温拉伸断口均出现颈缩,阐发出塑性断裂 的特点。。

参考文件

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