钛及钛合金因其自身特征,在诸多领域获得大宗应用,是一种被普遍使用的金属质料。。。。。在航空航天行业,钛合金因其高强度和耐侵蚀性被普遍用于制造飞机结构零部件;在医疗器械领域,由于其生物相容性和优异的耐侵蚀性,钛合金被用于制造骨科植入物和人工枢纽等产品;在化工领域,钛合金由于其耐侵蚀性被普遍用于制造化工装备和管道[1—2]。。。。。TC11钛合金的名义因素配比值为Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si[3]。。。。。TC11钛合金常被用来制造发念头叶片、环件以及压气机盘等要害器件[4]。。。。。

由于TC11钛合金中包括一定命目的合金元素,故可通过热处置惩罚工艺对其举行强化处置惩罚,而现在已有众多学者对该合金的热处置惩罚工艺举行研究,例如王晓亮等人[5]对TC11钛合金划分举行了通俗退火以及双重退火处置惩罚,并研究了在差别退火工艺下合金的微观组织以及力学性能。。。。。同晓乐等人[6]对TC11钛合金举行了固溶处置惩罚,探讨了TC11钛合金在差别固溶温度条件下的组织以及力学性能演变纪律。。。。。张晨辉等人[7]研究了差别固溶温度以及冷却速率对TC11钛合金微观组织以及力学性能的影响。。。。。

综上所述,现在关于TC11钛合金热处置惩罚工艺的研究较为富厚,然而在工程应用中,固溶时效工艺因其奇异的析出强化机制可使合金的力学性能获得极大的提升,是工程应用中不可替换的热处置惩罚工艺。。。。。而现在关于固溶时效工艺的研究仍是以两相区温度固溶处置惩罚为主,对单相区温度的研究鲜有报道。。。。。别的,随着近些年航空工业的迅猛爆发长,室温下的力学性能已经不可完全知足航空部件在极端情形下的使用需求。。。。。因此,研究TC11钛合金在高温条件下的力学性能变得至关主要。。。。。故思量到目今的研究现状和工程应用的需求,本文旨在深入研究TC11钛合金经两相区以及单相区温度固溶处置惩罚后的组织与高温力学性能。。。。。通过深入研究其高温力学性能,能够更好地相识TC11钛合金的适用性和潜在应用远景,为航空工业的生长做出一定的孝顺。。。。。

1、试验及要领

在本次试验中,选取小颗粒海绵钛以及中心合金作为原质料,随后举行真空自耗熔炼以及自由铸造加工,制成直径为110mm的钛合金棒材。。。。。完成钛合金棒材的生产后,对其举行相变温度测试。。。。。通过一连升温金相法测得本试验所用TC11钛合金的β相转变温度为997℃。。。。。随后接纳ICP(电感耦合等离子体发射光谱仪)测试合金的化学因素(质量分数,%)为:6.62Al、3.13Mo、1.52Zr、0.322Si、0.17O、0.1Fe、Ti余量。。。。。

在确定合金的相转变温度后,使用锯床以及线切割等工具对TC11钛合金进切割处置惩罚,并将切割后的棒材举行固溶时效热处置惩罚,热处置惩罚装备为X-2型箱式电阻炉。。。。。详细的固溶时效计划参照表1举行操作,其中设置时效温度牢靠,固溶温度包括两相区以及单相区温度,表1中的WC代表水冷处置惩罚,AC代表空冷处置惩罚。。。。。合金经差别制度的固溶时效热处置惩罚后,将合金举行样品制备加工。。。。。首先从合金中取得样块,举行粗磨、细磨和抛光处置惩罚,确保样块的外貌质量抵达金相组织视察要求。。。。。接着使用特定侵蚀剂(体积百分比为HF:HNO₃:H₂O=1:4:40)对样块举行侵蚀处置惩罚,以突显其内部的微观结构。。。。。侵蚀处置惩罚完成后,使用光学显微镜(装备型号为CX40M)举行微观组织视察。。。。。随后再将经差别固溶时效工艺处置惩罚的合金加工成标准的高温拉伸试样,并举行高温拉伸测试(装备型号为INSTRON型万能试验机),设置高温拉伸温度为400℃。。。。。完成拉伸试验后,对拉伸试样断口举行微观形貌视察(装备型号为3400N型扫描电子显微镜),通太过析断口的形貌特征,进一步相识合金在高温下的断裂机制。。。。。

表 1 固溶时效热处置惩罚工艺计划

2、效果与讨论

2.1微观组织

对TC11钛合金在差别固溶温度条件下的微观组织形貌举行视察并深入剖析(时效温度恒定稳固),效果如图1所示,当合金在940℃的固溶条件下(图1a),其微观组织主要由初生α相组成(位置A),形貌主要为长条状,除此之外,还可以视察到少量具有等轴状形貌的初生α相在组织中漫衍。。。。。组织中除初生α相之外,还保存一定命目形貌为细小针状次生α相(位置B处)。。。。。当合金在960℃的固溶条件下(图1b),发明组织形貌泛起出较为显著的转变。。。。。此时的组织以初生α相为主,其形貌仍然以长条状形貌为主,但等轴状形貌的初生α相含量镌汰显着。。。。。当合金在980℃的固溶条件下(图1c),发明随着温度的升高,组织中初生α相的含量泛起出十明确显镌汰的趋势。。。。。批注随着固溶温度的升高,合金组织中的物相转变换加显着,导致初生α相的含量爆发转变。。。。。进一步视察图1c时,发明除初生α相镌汰外,组织中细小针状的次生α相含量有显着的增添。。。。。当合金在1000℃的固溶条件下(图1d),由于此时的温度已经抵达合金的单相区温度,合金的组织爆发了十分显著的转变。。。。。此时,初生α相完全消逝,而次生α相的含量增添,并在基体上泛起出细小且匀称漫衍的特点。。。。。

在固溶处置惩罚阶段,组织中的α相会随加热温度的升高而爆发消融转变,即α相逐渐转变为β相,在这一历程中,温度越高,转变越充分。。。。。而当加热温度抵达合金的单相温度后,α相完全消逝,完全转变为β相。。。。。因此,在视察图1中的微观组织形貌转变时,可以发明组织中初生α相的含量在一直降低。。。。。在完成了固溶处置惩罚之后,随后的时效阶段主要目的是举行析出强化[8]。。。。。时效阶段不会改变组织中组织中初生α相的含量以及体积,其主要是使在固溶阶段形成亚稳固β相以及α"相举行剖析。。。。。而固溶阶段的温度越高,其形成的亚稳固β相与α"相的含量会响应增添。。。。。这是由于高温可以提供足够的能量来驱动这些结构转变的举行[9—10]。。。。。因此,合金在时效历程中,组织中的次生α相含量会随固溶阶段温度的升高而一直增多。。。。。

2.2高温力学性能剖析

图2为TC11钛合金在差别固溶温度条件下的高温(400℃)拉伸性能(时效温度恒定稳固),在整个固溶时效处置惩罚历程中,固溶温度的升高,会使得合金的强度总体上是在一直增大的历程,其抗拉强度(Rm)由545MPa升至610MPa;屈服强度(Rp0.2)由440MPa升至510MPa。。。。。而塑性则是在固溶温度升高的历程中逐渐镌汰,断后延伸率(A)由35%降低至18%;断面缩短率(Z)由55%降低至37%。。。。。

对TC11钛合金的研究批注[11],合金在400℃高温条件下的拉伸性能与室温拉伸性能相比,其强度有显着的降低,而塑性则体现出显着的增添。。。。。在高温条件下举行拉伸测试,合金的原子运动性增强,使得塑性变形的机制更容易启动和举行,高温也汇合金的应力松懈征象也可能加剧,进一步增添了合金的塑性,而降低合金强度。。。。。也有学者指出[12],在高温变形历程中,由于高温提供了足够的能量,合金内部的原子运动会变得越发活跃,使得原子更容易举行迁徙和扩散,导致合金内部的动态回复和动态再结晶征象在高温变形的历程中更容易爆发,即原有的位错等缺陷在高温下获得回复或消逝,进而影响合金力学性能。。。。。

凭证图1微观组织可知,固溶温度的改变会使合金组织中初生α相的含量泛起出显著的转变。。。。。组织中初生α相能够有限镌汰滑移带的距离,意味着初生α相的保存使得合金在受到外力作用时,能够通过更多的路径举行塑性变形,从而提高了合金的塑性性能。。。。。因此,固溶温度越低,初生α相含量越多,合金塑性越好。。。。。

在塑性变形历程中,位错的扩展同样是很是主要的历程,在这个历程中,位错会与次生α相相遇,次生α相的保存会阻碍位错的移动,使得位错在滑移时需要战胜更大的阻力,会使得临界分切应力获得显著增添,这种增添临界分切应力会对合金的强度起到增进作用[13]。。。。。故固溶温度越高,组织中次生α相含量越多,合金强度越高。。。。。

2.3高温拉伸断口形貌

TC11钛合金经差别固溶温度(时效温度恒定稳固)处置惩罚后的高温(400℃)拉伸断口微观形貌如图3所示,在比照室温与高温条件下合金拉伸断口形貌的研究中,发明二者的断口形貌虽然均以韧窝形貌为主(位置C),但在高温条件下的拉伸断口中的韧窝尺寸显着更大,且较大的韧窝在断口上占有了更大的面积,并且深度也更深。。。。。别的,在这些尺寸较大且深度较深的韧窝中,还包括大宗的小韧窝,这些小韧窝的漫衍更为麋集。。。。。

合金塑性增添以及晶粒的长大这两种因素是在高温条件下拉伸断口中韧窝尺寸更大更深的主要缘故原由。。。。。

由于合金的塑性在高温条件下会获得显著提升,在拉伸历程中,由于塑性变形区域的扩大,会爆发更多的塑性韧窝。。。。。塑性韧窝是合金在塑性变形历程中的显著特征,因此,高温条件下拉伸断口中的韧窝数目相对更多。。。。。在高温情形下,晶粒之间的结协力削弱,晶粒的运动速率加速,从而导致晶粒逐渐长大。。。。。晶粒长大对合金的微观结构爆发显著影响,使得组织的晶界长度相对镌汰,晶界的强度因此削弱。。。。。在拉伸历程中,这些较弱的晶界更容易成为应力集中的区域,从而引发断裂。。。。。由于晶界断裂的集中泛起,会形成更大、更深的韧窝。。。。。

除韧窝形貌外,尚有少量的微裂纹泛起在拉伸断口形貌中。。。。。在塑性变形历程中,合金会爆发位错和滑移带,在位错和滑移带二者的配相助用下,组织内部会爆发局部应力集中,当应力集中凌驾质料的遭受极限时,便会引发微裂纹的形成,微裂纹的泛起批注在拉伸历程中这些区域遭受了较高的应力。。。。。

3、结论

(1)合金经两相区温度固溶处置惩罚后,组织主要由形貌为长条状和等轴状的初生α相以及形貌为针状的次生α相组成,固溶温度升高至单相区温度的历程中,组织中初生α相的含量镌汰并消逝,而次生α相含量一直增添。。。。。

(2)在固溶温度增添的历程中,发明合金抗拉强度和屈服强度随之增大,其中其抗拉强度由545MPa升至610MPa;屈服强度由440MPa升至510MPa。。。。。而断后延伸率与断面缩短却逐渐镌汰,断后延伸率由35%降低至18%;断面缩短率由55%降低至37%。。。。。

(3)与室温拉伸断口形貌相较量,高温条件下的拉伸断口中的韧窝尺寸显着更大,较大的韧窝在断口上占有了更大的面积,且深度更深。。。。。

参考文献:

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[2]沈建成,张俊喜,王国飞,等.温度对TC11钛合金摩擦磨损行为的影响[J].热加工工艺,2023,52(23):135—138.

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（注，，，，，，，原文问题：固溶时效态TC11钛合金微观组织与高温拉伸性能的研究）

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