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            熱等靜壓工藝參數對TA15鈦合金組織及性能的影響

            發布時間:2023-08-21    作者:小編   
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            TA15鈦合金是我國自主研發的一種可在540℃下長時間服役的高鋁當量的近α型鈦合金,其名義成分為Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V。該合金具有優良的抗蠕變性、耐腐蝕性以及焊接性能,被廣泛用于制造各類飛機、發動機及導彈的結構件。粉末冶金熱等靜壓技術可實現鈦合金一體化成形,其細晶及無偏析特點可使制件獲得優良的組織性能,避免熔煉澆注、開坯鍛造等高能耗工序,通過近凈成形可顯著提高鈦合金的利用率。

            關于TA15鈦合金熱等靜壓研究主要集中在兩方面,一方面作為消除鑄造TA15合金內部冶金缺陷的手段,研究不同熱等靜壓狀態下ZTA15合金性能及組織的變化規律;另一方面采用粉末冶金方法制備TA15合金,通過熱等靜壓工藝成形TA15粉末鈦合金,研究其組織演變規律及性能變化。目前,關于熱等靜壓參數對組織及性能的系統性研究報道較少。

            本研究采用控制變量法對同一粒度范圍的TA15鈦合金粉末系統開展高溫高壓熱等靜壓成形試驗,選擇不同熱力耦合加載溫度、保溫時間和壓力值,并通過對合金進行微觀組織表征、平均晶粒尺寸的測定,得到溫度、壓力耦合作用對鈦合金粉末微觀組織演化及性能的影響,獲得不同溫度、壓力以及保壓時間條件下粉末鈦合金顯微組織演化規律及性能曲線,為航空用TA15合金熱等靜壓成形件的開發提供參考。

            圖文內容

            采用原始球形霧化TA15鈦合金粉末,具體成分見表1,球形度≥99%,采用碳鋼包套,其尺寸為?60mm×100mm,將粉末均勻填充于碳鋼包套中,對圓柱形包套進行封焊,封焊加熱溫度為600℃,抽真空至10-3Pa。封焊后的包套于熱等靜壓爐中進行壓制試驗,分別從溫度、保壓時間、壓力3組參數開展試驗研究:①溫度設定為910、930和950℃,時間為180min,壓力為130MPa;②壓力設定為110、130和150MPa,溫度為930℃,時間為180min;③時間設定為90、180和240min,溫度為930℃,壓力為130MPa。采用JSM-6630LV型掃描電鏡對TA15合金微觀組織形貌進行觀測及表征,通過IPP軟件對板條間距以及等軸α晶粒含量進行統計和分析,采用5887-E2-GE型力學試驗機測試試樣的力學性能,載荷大于500N,拉伸速率為0.45~4.5mm/min,試驗結果取5個試樣的平均值。

            表1粉末TA15合金的化學成分(%)

            圖1不同溫度下TA15合金的顯微組織

            圖2 TA15合金板條間距、等軸α晶含量

            及力學性能隨溫度的變化

            圖3不同保溫時間下TA15合金的顯微組織形貌

            圖4 TA15合金板條間距、等軸α晶粒含量

            及力學性能隨時間的變化

            圖5不同保壓壓力下TA15合金的顯微組織

            圖6 TA15合金板條間距、等軸α晶粒含量

            及力學性能隨壓力的變化

            研究結論

            (1)TA15合金的抗拉強度、屈服強度隨爐內壓力、保溫時間與溫度的增加均呈現先升高后降低的變化,而伸長率、斷面收縮率隨壓力、時間的升高呈現先降低后升高的趨勢,隨溫度先升高后降低。

            (2)當熱等靜壓工藝為930℃×130 MPa×3h時,TA15合金為典型的網籃組織,板條間距與等軸α晶粒含量較低,TA15合金獲得的壓坯室溫力學性能可達同質鍛件水平,其抗拉強度平均值可達952.3MPa,伸長率均值可達17.1%,屈服強度為866.3MPa,斷面收縮率為47.9%。


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