简介概要

Ti40合金热稳定性的研究

来源期刊：稀有金属2004年第1期

论文作者：曹春晓雷力明黄旭赵红霞王宝

关键词：金属材料; 阻燃钛合金; Ti40; 热处理; 微观组织; 热稳定性;

摘要：研究了Ti40阻燃β钛合金的热稳定性. 结果表明, 仅固溶处理的Ti40合金具有良好的强度和塑性配合, 其热稳定性相对较好; 固溶并时效处理合金的热稳定性较差, 且时效温度越高, 合金的热稳定性也越差. 热暴露温度越高, 合金的热稳定性能越差.

稀有金属 2004,(01),44-46 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2004.01.011

Ti40合金热稳定性的研究

雷力明王宝赵红霞曹春晓

北京航空材料研究院钛合金研究室,北京航空材料研究院钛合金研究室,北京航空材料研究院钛合金研究室,北京航空材料研究院钛合金研究室,北京航空材料研究院钛合金研究室北京100095 ,北京100095 ,北京100095 ,北京100095 ,北京100095

摘要：

研究了Ti40阻燃β钛合金的热稳定性。结果表明 , 仅固溶处理的Ti40合金具有良好的强度和塑性配合 , 其热稳定性相对较好 ;固溶并时效处理合金的热稳定性较差 , 且时效温度越高 , 合金的热稳定性也越差。热暴露温度越高 , 合金的热稳定性能越差。

关键词：

金属材料;阻燃钛合金;Ti40;热处理;微观组织;热稳定性;

中图分类号： V252

收稿日期：2003-09-06

基金：国防“十五”重点预研项目 ( 4 13 12 0 2 0 3 0 2 ) 资助;

Thermal Stability of Ti40 Alloy

Abstract：

The thermal stability of Ti40 burn resistant titanium alloy was studied. The results show that Ti40 alloy after only solution treatment has a good strength/ductility combination, and its thermal stability is better than that of the alloy after aging treatment following solution treatment. The higher the aging temperature, the worse the thermal stability of the alloy. In addition, it was also found that the higher the thermal exposure temperature is, the worse the thermal stability of the alloy is.

Keyword：

burn resistant titanium alloy; Ti40; heat treatment; microstructure; thermal stability;

Received： 2003-09-06

高性能航空发动机零部件抗燃烧的特殊要求促进了阻燃钛合金的发展, 如美国和俄罗斯已分别研制出 C (Ti-35V-15Cr) ^[1,2] 和BTT-1/BTT-3 (Ti-Cu-Al) ^[3] 阻燃钛合金。其中, C合金已在先进的战略战斗机F22的F119发动机上得到实际应用, 然而, 这种合金由于V含量很高而具有昂贵的生产成本。近几年, 国内外都积极开展了低成本Ti-V-Cr系阻燃β钛合金的研究, 如英国的Ti-25V-15Cr-xAl-xC合金 ^[4,5,6,7] , 中国的Ti40 (Ti-25V-15Cr-0.2Si) 合金 ^[8] 等等。前期的研究工作表明 ^[8,9] , α和Ti₅Si₃相是Ti40合金β基体上的主要沉淀相。本文制备了Ti40合金的环轧件并对其热稳定性能进行了初步的研究。

1 实验方法

实验用Ti40合金经2次真空自耗电弧熔炼制成500 kg铸锭, 开坯锻造后轧制为环形件。对环轧件采用3种热处理工艺 (表1) , 热处理后的试样分别在500和540 ℃热暴露100 h以研究其在不同温度的热稳定性。

用JSM-5600LV型扫描电镜进行微观组织和断口形貌观察。

2 结果及讨论

2.1 热处理组织

图1为Ti40合金不同热处理的微观组织。可以看出, 经不同热处理工艺获得的组织间的差异较小, β晶粒大小分布不均, 合金基体上均有少量的第二相 (α和Ti₅Si₃相) 沉淀物析出。其中, 时效处理组织 (图1 (b, c) ) 上的沉淀物数量略多于固溶组织的沉淀物数量 (图1 (a) ) 。

2.2 热暴露组织

将热处理后的合金试样分别在500和540 ℃热暴露100 h后观察其组织变化。结果发现, 热暴露后合金基体上第二相沉淀的析出数量明显增加, 尤其在β晶界形成了一些连续的沉淀相膜, 热暴露温度越高, 这种趋势越明显。

图2为Ti40合金540 ℃/100 h热暴露后的微观组织。对比可以看出, 仅固溶处理组织 (A工艺) 中β晶界上的第二相沉淀数量相对少于时效组织的第二相数量 (B, C工艺) ; 时效温度越高, β晶界上析出相的数量越多, 晶界粗化现象也越严重。

2.3 热稳定性能及拉伸断口形貌

表2列出了Ti40合金的拉伸性能。无论对哪种热处理工艺而言, 热暴露后合金的强度得到提高而塑性均出现了明显下降, 并且热暴露温度越

表1 本研究采用的热处理工艺Table 1 Heat treatment processes used in this study

A工艺	880 ℃/1 h/AC固溶
B工艺	850 ℃/1 h/WQ固溶+550 ℃/5 h/AC时效
C工艺	850 ℃/1 h/WQ固溶+600 ℃/2 h/AC时效

图1 Ti40合金的热处理组织 (a) A工艺 (880 ℃/1 h/AC) ; (b) B工艺 (850 ℃/1 h/WQ+550 ℃/5 h/AC) ; (c) C工艺 (850 ℃/1 h/WQ+600 ℃/2 h/AC) Fig.1 Heat treatment microstructures of Ti40 alloy

图2 Ti40合金540 ℃热暴露100 h后的微观组织 (a) A工艺 (880 ℃/1 h/AC) ; (b) B工艺 (850 ℃/1 h/WQ+550 ℃/5 h/AC) ; (c) C工艺 (850 ℃/1 h/WQ+600 ℃/2 h/AC) Fig.2 Microstructures of Ti40 alloy after exposure at 540 ℃ for 100 h

表2 Ti40合金的热稳定性*Table 2 Thermal stability of Ti40 alloy

试样状态		σ_b/ MPa	σ_0.2/MPa	δ (Δδ) /%	Ψ (ΔΨ) /%
A工艺	未热暴露	972	954	23.7	57.3
	500 ℃/100 h热暴露	1037	1008	11.2 (53)	27 (53)
	540 ℃/100 h热暴露	1016	983	3.3 (86)	5.8 (90)
B工艺	未热暴露	972	935	19	40.8
	500 ℃/100 h热暴露	1042	1000	9 (53)	17 (58)
	540 ℃/100 h热暴露	1014	975	2 (89)	4.7 (88)
C工艺	未热暴露	968	931	20.2	40.7
	500 ℃/100 h热暴露	1032	997	4.8 (76)	5.1 (87)
	540 ℃/100 h热暴露	975	970	/ (>95)	/ (>95)

*Δδ= (δ-δ₀) /δ₀, ΔΨ= (Ψ-Ψ₀) /Ψ₀, δ₀及Ψ₀为未热暴露的延伸率和面缩率; A工艺:880 ℃/1 h/AC; B工艺:850 ℃/1 h/WQ+550 ℃/5 h/AC; C工艺:850 ℃/1 h/WQ+600 ℃/2 h/AC

高, 合金塑性下降越厉害。从表中比较发现, A工艺试样具有较好的强度和塑性配合, 热暴露后塑性下降的幅度也相对最小; C工艺试样的强度相对较低, 热暴露后塑性的下降幅度最大, 尤其是540 ℃热暴露后的塑性丧失殆尽; B工艺试样热暴露后塑性的变化幅度则居于前两者之间。

图3示出了A工艺处理的Ti40合金的拉伸断口形貌。可以看出, 未热暴露试样的拉伸断口上布满了韧窝, 表明其具有良好的塑性 (图3 (a) ) 。 500 ℃热暴露的断口主要呈现沿晶断裂特征 (图3 (b) ) , 其上尚存少量的韧窝。 540 ℃热暴露的断口上则布满了“冰糖状”的晶粒 (图3 (c) ) , 表明其具有很高的脆性。