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TA18钛合金热处理工艺探究

来源:      2020-3-25 8:36:51      点击:
   摘要:采用常规热连轧工艺制备的TA18钛合金带卷具有典型轧态组织特征,组织取向性明显,其性能不能完全满足标准要求。为此,借鉴板材生产经验,选择600~800℃温度范围对7.0mm厚的热轧态TA18钛合金带卷样品进行退火处理,考察退火温度、保温时间对样品组织与性能的影响,从而优选出合适的热处理工艺。从实验结果来看,600℃退火后材料的组织和性能与热轧态基本无差异,随着退火温度的升高,材料逐步发生再结晶,塑性指标得到提升,其中按照750℃×60min/AC制度进行退火,可获得较佳的力学性能。
   引言:钛及钛合金因其优异的耐蚀性能和高的比强度,广泛应用于航空航天、化工、电力、医疗、体育休闲等领域。应用牌号上,除纯钛外,各种低、中、高强度钛合金也有一定比例的应用,TA18钛合金就是其中一种。TA18钛合金在ASTMB265标准中对应牌号为Gr.9,是一种具有中等强度的钛合金,在国内也常被称为半TC4,主要以管材形式用作航空压力管道,也有部分以板材形式用于防务等领域,但目前鲜有该合金带材制备工艺及热处理工艺的相关报道。本研究以TA18钛合金热轧带卷为原料,借鉴板材和管材生产经验,研究热处理制度对其组织和性能的影响,以确定合适的热处理工艺,旨在为工业化生产提供参考依据。
   1实验
   1.1实验材料实验选择
   经三次自耗电弧熔炼获得的TA18钛合金铸锭。铸锭经锻造、热连轧后获得热轧带卷,厚度为7.0mm,其显微组织及力学性。TA18钛合金带卷经轧制后获得了典型的轧态组织,视场内组织呈条带状分布,取向明显。热轧态TA18钛合金带卷强度较高,纵向、横向性能存在差异且纵向强度较低、塑性较高,其中横向塑性指标未能达到ASTMB265标准要求(纵向≥12%,横向≥8%)。
   1.2热处理
   采用FR-1236马弗炉进行热处理,该炉控温精度为±5℃。将热轧TA18钛合金带卷开平后取样,分别在600、650、700、750、800℃下进行热处理,保温时间为30min, 空冷。采用金相显微镜观察热处理后试样的显微组织,并检测力学性能。依据检测结果选出合适的热处理温度,并将样品在该温度下分别保温30、60、120min,空冷。随后观察热处理后试样的显微组织,并检测其力学性能。
   2结果与讨论
   2.1热处理温度对组织和性能的影响
   TA18钛合金带卷样品在600、650、700、750、800℃下保温30min空冷后的显微组织和力学性。当退火温度为600℃时,试样的组织与热轧轧态基本无区别。随着温度的升高,出现了回复和再结晶转变,其中650℃时,纵向组织出现回复特征,横向组织出现细小的再结晶晶粒。当温度进一步升高至750℃时,纵向组织实现再结晶,横向组织中晶粒逐步长大。当温度达到800℃时,横向与纵向的晶粒进一步长大,且开始呈现不均匀长大现象。与此同时,随着温度的升高,样品的塑性逐步升高,强度逐步降低。
   2.2保温时间对组织和性能的影响
根据热处理试验结果,选择合适的退火温度为750℃。将TA18钛合金带卷样品在750℃下保温60、120min后,其显微组织和力学性。当保温时间为60min时,晶粒细小均匀,此时材料的塑性达到较高水平。当保温时间增加到120min时,晶粒粗大且不均匀,延伸率降低。
  3结论

   (1)当退火时间为30min时,随着退火温度的升高,TA18钛合金带卷在650℃出现横向组织再结晶,700℃时出现纵向组织再结晶。随着温度的升高,晶粒尺寸逐步增加。

    (2)TA18钛合金热轧带卷在750℃×60min/AC条件下热处理,可获得较佳的力学性能。