TC4ELI(ExtraLowInterstitial)钛合金在TC4合金的基础上,降低了间隙元素含量,提高了合金的断裂韧度和裂纹扩展速率[1-3]。。。。。该合金兼具低海洋浸泡侵蚀速率、高强度(抗拉强度Rm≥895MPa)以及优异的成形/焊接性能[4],现已成为深海耐压壳体、舰船管路系统等要害部件的优选质料[5-6]。。。。。随着海洋装备服役情形日趋严苛,对TC4ELI钛合金板材的低温攻击韧性(-20℃以下)及组织稳固性提出了更高的手艺要求。。。。。本文以舰船用厚度为24mm的TC4ELI钛合金热轧板材为研究工具,系统考察退火温度(760~1000℃)对板材显微组织演变及其室温/低温力学性能的影响纪律,为制订板材热处置惩罚协同工艺提供数据支持。。。。。

1、试验质料及要领

试验原质料为新疆湘润新质料科技有限公司提供的TC4ELI钛合金热轧态板材(厚度为24mm):经3次真空自耗电弧炉熔炼成Φ689mm铸锭,铸锭经多火次铸造至厚度为307mm的板坯,板坯在两相区经三火次轧制为厚度为24mm的板材。。。。。相变温度为977℃,化学因素见表1。。。。。热处置惩罚试验在马弗炉中举行,设置5组退火工艺参数(表2):温度规模为760~1000℃,保温时间为1h,空冷(AirCooling,AC)至室温。。。。。参照GB/T232—2024[7],在板材1/4厚度处截取试样,取样偏向划分与轧制偏向呈0°(纵向)、90°(横向),举行以下测试。。。。。

(1)室温拉伸试验:按GB/T228.1—2021[8]制备R7标准试样,测试速率为2mm·min^-1。。。。。

(2)攻击试验:制备10mm×10mm×55mm夏比V型缺面试样,按GB/T229—2020[9]划分举行室温及-20℃低温攻击测试,缺口轴线笔直于轧制面。。。。。

(3)显微组织剖析:试样经Kroll试剂(3%HF+6%HNO3+91%H2O)侵蚀后,使用光学显微镜视察其组织形貌。。。。。攻击断口形貌通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)视察。。。。。

2、试验效果与剖析

2.1　退火温度对显微组织的影响

凭证表2的热处置惩罚制度对试样举行热处置惩罚,显微组织见图1。。。。。图1a、图1b和图1c的组织形貌相似,均为等轴初生α相+β转变组织,β转变组织由交织漫衍的次生α相和剩余β相组成。。。。。随着退火温度的升高,次生α相含量(即体积分数,下同)由25.9%增添至31.6%,片层结构厚度约增添89%(1.8μm3.4μm)。。。。。当退火温度为960℃时,初生α相大宗剖析,α相含量仅为15%(图1d),组织为晶界等轴初生α相+β转变组织,β转变组织由晶内细小片条理生α相集束和剩余β相组成。。。。。当退火温度抵达1000℃(凌驾β相相变点Tβ=997℃)时,初生α相完全消融,形成粗大的魏氏组织,见图1e。。。。。

2.2　退火温度对攻击性能和拉伸的影响

凭证表2的热处置惩罚制度对试样举行热处置惩罚,TC4ELI钛合金板材的力学性能见表3,攻击断口宏观形貌见图2,室温攻击断口微观形貌见图3,-20℃攻击断口微观形貌见图4。。。。。板材攻击性能随退火温度的转变趋势如图5b所示。。。。。室温攻击和-20℃攻击功随着退火温度转变趋势是一致的。。。。。920℃退火时,室温顺-20℃攻击功抵达峰值,划分为47.3和40.2J。。。。。图2a~图2d、图2f~图2i断口呈灰色,均由纤维区、放射区、剪切唇组成,爆发韧性断裂。。。。。图2e和图2j断口为发亮灰色结晶状,断裂机理为穿晶解理,爆发脆断。。。。。随着退火温度的升高,宏观断口的粗糙度逐渐增大。。。。。图3和图4显示,随着退火温度的升高(图3a~图3d、图4a~图4d),断口形貌无较大差别,断口均保存大宗尺寸各异的等轴韧窝,韧窝之间相互缠结,以网状的形式排布,大韧窝的边沿有一定命目的小韧窝[10-11]。。。。。当退火温度抵达β相相变

点Tβ以上时,断口形貌爆发显着转变,图3e的韧窝数目少而深度浅、显微组织显着粗大;图4e的解理断口呈河流名堂,周围保存少量韧窝。。。。。

董晓锋等[11]、刘睿等[12]、NiinomiM等[13]等研究证实,关于两相钛合金断裂历程,初生α相是裂纹萌生源及扩展通道;质料的断裂韧性正比于初生α相内部平均自由程。。。。。而图1a~图1c的初生α相差别不大,因此合理推测断裂韧性除了初生α相含量这一影响因素之外,尚有其他因素。。。。。比照视察图2c、图3c和图4c,可以推测出,在攻击断裂历程中,宽厚的片层状次生α相改变了裂纹扩展的偏向,使其一直举行路径分支,以是攻击功最大。。。。。刘睿等[12]以为,具有初生α相+β转变组织特征的TC4钛合金的动态断裂韧性受到初生α相和次生α相片层的交互影响。。。。。董晓峰等[11]也以为,编织状多标准片层组织中裂纹的扩展泛起较多的偏转和二次裂纹,提高了合金的抗裂纹扩展能力。。。。。片层α相在取向有利的情形下,能够提高裂纹的扩展功,具有较为曲折的裂纹扩展路径,泛起裂纹绕过和穿过片条理生α相集束的征象。。。。。

板材室温拉伸性能随退火温度升高的转变趋势如图5a所示。。。。？？？？？？？？梢钥闯,差别退火温度下板材抗拉强度Rm差别不大,在950~964MPa之间;划定非比例延伸强度Rp0.2随着退火温度的升高,由885MPa降低至835MPa;在β相相变点以下退火时,板材的伸长率A和断面缩短率Z转变不大。。。。。在β相相变点以上退火时,板材塑性急剧下降,其中,伸长率由16%降至9%,断面缩短率由46%降至13%。。。。。

3、结论

(1)在β相相变点以下退火,温度对TC4ELI钛合金板材的强度和塑性影响不大;β相相变点以上退火,板材强度转变不大,但由于魏氏组织导致质料变形协调性差、塑性急剧降低。。。。。

(2)在920℃以下退火时,初生α相含量差别不大,次生α相含量小幅度增添,次生α相片层厚度增大。。。。。

(3)TC4ELI钛合金板材的室温顺-20℃攻击性能随着退火温度的升高泛起先升高再降低的趋势,920℃

退火时,室温顺-20℃攻击功抵达峰值。。。。。次生α相的含量和结构对板材攻击性能具有显著影响,在冲

击断裂历程中,宽厚的片层状次生α相改变了裂纹扩展的偏向,一直举行路径分支,因此,攻击功增添。。。。。

(4)在840~920℃退火,板材的室温拉伸、室温攻击和低温攻击性能匹配优异。。。。。

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