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TC11鈦合金大規格棒材異常組織分析

發布日期:2019-06-26  瀏覽次數:70
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  TC11鈦合金是一種Ti-Al-Mo-Zr-Si系馬氏體型α+β兩相合金,它不僅具有較高的室溫、高溫拉伸和蠕變強度,還具有良好的工藝性能,可進行熱加工、焊接和各種形式的機加工等,TC11鈦合金生產的產品有棒材、環材、鍛件和模鍛件等。主要用于制造工作溫度在500℃以下的航空發動機壓氣機盤、葉片和鼓筒等零件,也可用于制作飛機結構件,是目前航空工業上應用最廣泛的鈦合金之一。
  隨著航空、航天用材對鈦合金組織要求的不斷提高,有效控制鈦合金組織形貌成為產品質量水平的一個重要標志。由于TC11合金化程度高,含有易偏析元素Mo,合金組織在熱加工過程中對工藝參數比較敏感,而產品的內部組織狀態決定其最終的使用性能。因此科研人員主要對TC11合金大規格棒材出現的異常組織進行分析,研究其形成原因,對有效控制TC11合金棒材組織形貌,提高棒材產品質量提供理論依據。
  試驗采用經3次真空自耗熔煉的TC11合金Φ610mm鑄錠,鑄錠化學成分(質量分數,%)為Al5.8~7.0、Mo2.8~3.8、Zr0.8~2.0、Si0.2~0.35、Fe≤0.25、C≤0.08、N≤0.05、H≤0.012、O≤0.15,其余為Ti。用金相法測定合金的相變點為(1010±10)℃。鑄錠經3150t快鍛機和1800t精鍛機聯合生產至Φ185mm棒材后進行宏觀組織觀察,之后在宏觀組織試片上取金相試樣,試樣經950℃×1h空冷+530℃×6h空冷熱處理后,進行組織觀察、硬度測試以及微區組織及化學成分分析。試驗結果表明:
  (1)TC11合金大規格棒材的異常組織中無初生α相,由片狀α和β相組成,呈編織狀排列,即所謂的β斑。
  (2)經檢測棒材異常組織顯微硬度為371.02HV0.1,明顯高于基體組織的硬度346.63HV0.1,這與β斑的硬度性質完全一致。并且該區域的Mo元素含量高,Al元素含量低。
  (3)由于Mo元素是β穩定元素,而Al元素是α穩定元素,Mo元素含量增加和Al元素含量降低都會使合金的相變點顯著降低。造成棒材出現這種異常組織的根本原因是合金在冶煉過程中的微區成分不均勻。由于鑄錠中存在著這種微區成分偏析,棒材在精鍛過程中頻率高、速度快產生變形熱,導致棒材的局部區域溫度升高,使Mo元素高、Al元素低的偏析區域相對于基體提前進入β相區,在該區域形成不含初生α相的組織,即β斑。
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