稀有金属 2002,(02),146-148 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2002.02.015
TC11合金在不同热处理条件下的显微组织分析
朱张校
清华大学机械系,清华大学机械系 北京100084 ,北京100084
摘 要：
运用金相显微镜对TC11合金试样在不同热处理条件下进行了显微组织观测 , 并对其结果进行了分析。经过不同热处理后得到的TC11合金的显微组织有明显差异。 95 0℃加热保温 1h空冷 , 再加热到 5 5 0℃保温 4h空冷 , 得到的显微组织为少量块状的α相、β相及细小的α相 ;经 95 0℃加热保温 1h后油冷 , 再加热到 5 5 0℃保温 4h空冷 , 得到的显微组织为细针状的α相和 β相。
关键词：
TC11合金 ;显微组织 ;热处理 ;
中图分类号： TG146.23
收稿日期： 2001-11-02
Microstructural Analysis of TC11 Alloy by Different Heat Treatment
Abstract：
The microstructure of TC11 alloy gained by different heat treatment was analyzed by using metallurgical microscope. The result is that the microstructures of TC11 alloy are different by different heat treatment. The microstructure of TC11 alloy, which processed by heating up to 950℃, then cooling 1 hour in the air, and heating up to 550℃, keeping 4 hours, then cooling in the air, is made up of little block α phase?β phase and fine α phase; The microstructure of TC11 alloy, which processed by heating up to 950℃, then cooling 1 hour in the oil, and heating up to 550℃, keeping 4 hours, then cooling in the air, is made up fine acicular α phase and β phase.
Keyword：
TC11 alloy; Microstructure; Heat treatment;
Received： 2001-11-02
TC11 钛合金是一种重要的航空和宇航材料, 该合金具有比强度高, 中温性能好, 耐腐蚀性能好, 重量轻等优点, 已用于航空发动机的压气机盘、叶片和鼓筒等零件以及飞机结构件
[1 ,2 ,3 ,4 ]
。TC11钛合金的上述优良性能与它的金相组织结构密切相关, 然而目前对该合金的显微组织研究报道甚少
[5 ,6 ]
。本文对 TC11 钛合金在不同的热处理条件下得到的组织进行了显微分析, 为 TC11 钛合金的进一步研究提供了依据。
1 试件材料及尺寸
试验采用航空材料 TC11 合金, 各元素的标称质量分数为:w (Mo) =3.3%, w (Al) =6.5%, w (Zr) =1.5%, w (Si) =0.25%, 余Ti。试件形状为圆柱体, 尺寸为 Φ 20 mm×8 mm, 两端面均用平面磨床磨平, 粗糙度 Ra为 0.4μm。
2 热处理工艺的制定
将 TC11 合金试件按不同处理工艺进行编号 (表1) 。在 RX3-2.5-9 型中温电阻炉 (该设备最高使用温度950℃) 内进行热处理, 油冷时冷却介质为15号机油。
表1 试样编号
Table 1 Sample numbered list
处 理 工 艺
热轧态
950 ℃ 保温 1 h 空冷
950 ℃ 保温1 h 空冷, 550℃保温4 h 空冷
950 ℃ 保温1 h 油冷
950 ℃ 保温1 h 油冷, 550℃ 保温4 h 空冷
3 TC11 合金试件的显微组织分析
3.1 显微组织分析方法
将经过不同工艺处理后的 TC11 合金试样制成金相样品, 用氢氟酸10%+盐酸30% 的水液作为腐蚀剂, 对试件表面进行腐蚀。用 Unimet 型金相光学显微镜分析渗扩层的显微组织。
3.2 显微组织分析结果
TC11 合金试件的显微组织如图1所示。
图1 (a) 为1号试件的显微组织金相照片, 它表示 TC11 合金原材料的显微组织, 由白色α相和黑色β相组成。因为TC11 合金原材料为热轧态, 所以α相和β相都沿着材料形变方向被拉长。α相是合金元素溶入α-Ti 中形成的固溶体, 呈密排六方结构, β相是合金元素溶入β-Ti 中形成的固溶体, 呈体心立方结构。该合金中还存在少量 Ti3 Al 化合物相, 在显微组织金相照片中难以分辨。
图1 (b) 为2号试件的显微组织金相照片, 它是经950℃加热后空冷得到的, 其显微组织为少量的α相和β相组成, 其中β相为过饱和固溶体。由于 TC11 合金是一种α+β型钛合金, 在加热到一定温度时, α+β可以转变为β相, 进入单相区, 其转变温度为约950℃, 将TC11 合金加热到950℃时组织中绝大部分为 β相, 只有极少量的α相存在, 在空冷时冷速比炉冷快, β相中析出少量α相, 绝大部分为β相被保留下来, β相中含有过饱和的合金元素, 这个过程可称为固溶处理。
图1 (c) 为3号试件经950℃加热保温1 h 后空冷, 然后加热到 550℃ 保温4 h 得到的显微组织, 这是钛合金的一种常规热处理工艺。对这种热处理工艺, 不同的学者有不同的看法, 一些学者把它称为双重退火, 另一些学者则把它称为固溶处理兼时效, 本文倾向于后者。3号试件是在2号试件的基础上进行处理的, 在550℃加热保温时, 从过饱和的β相中析出α相, 空冷后的组织成为少量块状的α相、β相及细小的α相。
图1 (d) 为4号试件的显微组织, 它是经950℃加热1 h 后采用油冷得到的。油冷时, 高温β相被迅速淬火, 形成马氏体相即α′相, 并有部分β相保留下来, 这种β相是一种介稳定相, 它是一种过饱和固溶体, 因此试件淬火 (油冷) 处理后, 显微组织为白色块状的α′相和少量的介质β相。TC11 合金经淬火处理后的显微组织是一种不稳定的组织, 在稍微加热的条件下, 就会发生时效。
图1 (e) 为5号试件的显微组织, 它是经950℃加热后采用油冷, 再加热到550℃ 保温4 h 后空冷得到的。这种工艺方法是一种常规热处理方法, 通常称为淬火和人工时效。由于TC11 合金经 950℃加热并油冷处理后, 组织为不稳定的α′+介稳定β相, 因此当加热到550℃保温时会发生时效, 组织转变为细针状α相和β相。
4 结论
1.TC11 合金热轧态的显微组织为白色α相和黑色β相组成。
2.TC11 合金经950℃保温 1 h 空冷处理后, 显微组织为少量的α相和β相组成;经950℃保温1 h油冷处理后, 显微组织为白色块状的α′相和少量的介稳定β相。
3.TC11 合金经950℃ 保温1 h 空冷, 550℃ 保温4 h 空冷处理后, 显微组织为少量块状的α相、β相及细小的α相;经950℃ 保温1 h 油冷, 550℃ 保温4 h 空冷处理后, 显微组织为细针状的 α相和β相。
参考文献
[1] 郭鸿镇航空学报, 1997, (3) :189
[2] 鲍利索娃EA (苏) 钛合金相学北京:国防工业出版社, 1986
[3] 李明怡世界有色金属, 2000, (6) :17
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