钛及其合金因具有密度小、比强度高和良好的耐腐蚀性能等优点广泛应用于航空航天、汽车、化工和船舶等 行业 。TC4钛合金含有6%的α相稳定元素Al和4%的β相稳定元素V,属于Ti-Al-V系典型的α+β型双相热强钛合金,具有良好的力学性能和工艺性能,可加工成棒材、型材、板材、锻件等半成品供应,越来越受到人们的青睐。目前,国内主要侧重于TC4钛合金的高温性能、蠕变性能及热稳定性能等方面的 研究 ,对如何通过制定合理的热处理工艺来满足其实际使用性能的 研究 还比较少。本文通过对TC4合金板材进行不同工艺的热处理, 研究 热处理工艺对材料组织和力学性能的影响规律,具有重要的理论和实际意义。
将海绵钛、高纯铝(99.99%)及铝钒合金按一定比例在真空水冷铜坩埚非自耗电弧炉中熔炼,电磁场搅拌,氩气保护。熔炼后的合金成分为(质量分数,%):6.29Al,4.14V,0.029Fe,0.023C,0.19o,余量为Ti。为保证试样化学成分的均匀性,经三次翻转重熔制备TC4合金棒材,经轧制成厚3mm的板材,并进行650℃×4h的去应力退火处理。将去应力退火后的板材加工成显微组织观察试样和拉伸试样,进行不同的热处理:退火(790℃×3h),固溶淬火(980℃×1h,水冷),固溶时效(980℃×1h,水冷+580℃×8h,炉冷)。热处理后的试样进行拉伸性能测试。
TC4合金退火后炉冷,两个相都发生再结晶。α相发生再结晶,在其变形的基体内析出多边形的小晶粒,在再结晶的β相中析出次生α,得到β转变组织的基体上分布着α相的组织,且组织较为均匀。由于消除了内应力,使塑性和组织稳定性提高,但强度和硬度有所降低。固溶淬火后,α片的长宽比减小,笔直的α片发生了扭曲,连续的β相界被破坏,形成薄片或网篮状的α,β相从高温区进行快速冷却时来不及转变成α相而形成亚稳态的β相。室温组织为马氏体α‘’和亚稳态β相,强度和硬度有所提高,但塑性降低较多。固溶时效后,马氏体α‘’和亚稳β相部分发生分解,转变成稳定的弥散的α相和β相,其强度和硬度比炉冷的高,但塑性则比炉冷的低,合金的综合性能获得改善。
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