TB8鈦合金屬亞穩(wěn)定β鈦合金,名義成分Ti-15Mo-3A1-2.7Nb一0.2Si,國外對(duì)應(yīng)牌號(hào)為Beta一21S(UNSNumberR58210)。該合金具有優(yōu)良的比強(qiáng)度、焊接性能、抗蠕變性能、高溫抗氧化性能和耐腐蝕性能,同時(shí)經(jīng)熱處理可獲得高強(qiáng)度。TB8鈦合金可以在固溶狀態(tài)和固溶時(shí)效狀態(tài)下使用,固溶狀態(tài)的使用溫度為200℃,固溶后冷成型狀態(tài)的使用溫度為150℃,固溶時(shí)效狀態(tài)的最高使用溫度為550℃。由于優(yōu)異的綜合性能,TB8鈦合金已成為理想的航空航天緊固件用材料l2I31,并擬納入GJB2219《緊固件用鈦合金棒(線)材規(guī)范》修訂版中。規(guī)范中固溶制度為(780810)℃保溫(0.5~2)h,空冷;時(shí)效制度為(52o一560)oc保溫(8-12)h,空冷。
文章通過研究熱處理工藝對(duì)TB8緊固件用棒材力學(xué)性能的影響,為今后該合金的工業(yè)化制備及應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)。
1、棒材制備
由于TB8鈦合金含有較多的Mo、Nb等β穩(wěn)定元素,鑄錠采用3次真空白耗電弧爐熔煉制備,鑄錠規(guī)格為直徑φ580mm,化學(xué)成分見表1。
鑄錠在B相區(qū)經(jīng)多火次鍛造后,制備為直徑φ150mm、組織均勻的棒材坯料,并進(jìn)行了表面機(jī)加工處理。采用金相法對(duì)TB8相變點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果為810~815℃。
隨后成品棒材制備并未采用傳統(tǒng)的精鍛后軋制工藝,而是采用了效率更高的高速連軋工藝。分2次將φ150軋制為直徑10mm的棒材,單只棒材重量約為25kg。
2、熱處理結(jié)果及分析
2.1固溶制度及力學(xué)性能
對(duì)制備的φ10mm材,截取試樣后在780℃~850℃分別進(jìn)行7組試樣的固溶處理,溫度間隔為10%。因棒材規(guī)格小,固溶時(shí)間均采用0.5小時(shí),冷卻方式采用空冷。
同時(shí)在相變點(diǎn)上及相變點(diǎn)下,分別選取800℃及830℃兩個(gè)溫度,固溶時(shí)間從0.5h~1.5h做了固溶試驗(yàn),固溶時(shí)間間隔為0.5h。固溶處理的具體制度及性能見表2。
2.2時(shí)效制度及力學(xué)性能
選用800℃/0.5h.AC作為固溶制度,時(shí)效溫度在460℃~620℃,時(shí)效時(shí)間為8.5h,進(jìn)行了9組時(shí)效處理,時(shí)效溫度問隔為10℃。同時(shí)在固溶及時(shí)效溫度不變的前提下,對(duì)時(shí)效時(shí)間從6~12分別進(jìn)行了時(shí)效處理,時(shí)間間隔為1小時(shí)。
固溶處理的具體制度及性能見表3。
2.3熱處理與力學(xué)性能的分析
由表2可以看出,連軋工藝生產(chǎn)的TB8棒材,在相轉(zhuǎn)變點(diǎn)以上40℃范圍內(nèi)固溶,因固溶時(shí)間短,溫度范圍小,因此晶粒尺寸相對(duì)穩(wěn)定,固溶溫度對(duì)棒材的力學(xué)性能影響很?。辉谙噢D(zhuǎn)變點(diǎn)以下30℃范圍內(nèi)固溶,隨著固溶溫度降低,棒材強(qiáng)度有下降趨勢(shì),塑性逐漸上升,在此溫度區(qū)間內(nèi)力學(xué)性能并不會(huì)有顯著變化。
同時(shí)在相變點(diǎn)附件的溫度區(qū)間內(nèi)延長(zhǎng)固溶時(shí)間,對(duì)于力學(xué)性能并不會(huì)顯著變化。因此在工業(yè)化生產(chǎn)中,小規(guī)格棒材可適當(dāng)減少固
溶時(shí)間,有利于經(jīng)濟(jì)型。后期試驗(yàn)證明經(jīng)800℃/0.5h,AC固溶處理的棒材試樣,晶粒度評(píng)級(jí)為7級(jí),剪切強(qiáng)度為620MPa;冷頂鍛工藝中,鍛后高度與鍛前高度之比為1:3時(shí),棒材表面無裂紋。完全滿足航空緊固件用棒材的要求。
由表3可知,時(shí)效溫度對(duì)棒材力學(xué)性能影響顯著,隨著時(shí)效溫度的降低,強(qiáng)度增加,塑性降低;但延長(zhǎng)時(shí)效時(shí)間并不能對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響。通過調(diào)整時(shí)效溫度,可以獲得不同強(qiáng)度級(jí)別的棒材。
3、結(jié)束語
(1)TB8鈦合金固溶溫度控制在相變點(diǎn)附近40℃內(nèi),強(qiáng)度和塑性可得到較好的匹配,強(qiáng)度Rm≥820,延伸率A≥15%,斷面收縮率z≥15%,且隨著固溶的時(shí)間延長(zhǎng),強(qiáng)度及塑性不會(huì)有顯著變化。
(2)時(shí)效溫度對(duì)TB8鈦合金的抗拉強(qiáng)度影響顯著,在(620—480)~隨著時(shí)效溫度降低,強(qiáng)度提高,塑性降低。
(3)對(duì)于連軋工藝生產(chǎn)的TB8鈦合金緊固件用棒材,通過熱處理可得到強(qiáng)度級(jí)別為1300MPa、1200MPa和1100MP的棒材。
參考文獻(xiàn)
[1]黃伯云,李成功,等.中國材料3-程大典[M].北京化工出版社,2005,8.
[2]朱李云,謝田,張泓.TB8與GH4169料在緊固件中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2013(10):41—42.
[3]張利軍,王幸運(yùn),等.鈦合金材料在我國航空緊固件中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2013(16):129—132.
相關(guān)鏈接