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等温压缩对钛合金TC4-DT组织及断裂韧性的影响

钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好、热强性好等优点在航空、航天、舰船等领域有着广泛的应用。随着破损-安全设计概念和损伤容限设计准则的建立,航空器选材判据发生了变化,从而明显地影响了钛合金的发展方向和促进了一些呈现高断裂韧性、低裂纹扩展速率的高损伤容限钛合金的发展。断裂韧性和其他力学性能一样,是在一定的外力条件下由材料的组织结构所决定的宏观力学特性。因此,它必然和材料组织结构、断裂机制、断口上所留下的微观参量等之间有着密切的联系。研究和探索这种联系,不仅对材料的成分和组织结构的优化设计,而且对相关的热加工工艺的优化设计,对工程结构的失效分析和可靠性评估等均具有十分重要的意义。正是根据这一发展要求,我国于十一五期间立项研制了新型的中强高损伤容限型钛合金TC4-DT,其强度级别在900MPa以上,该合金具有高韧性、高的断裂韧性和抗疲劳裂纹扩展的性能以及优良的焊接性能,与国外牌号Ti-6AL-4VELI相当。就提高损伤容限性能方法而言,国内外通常采用两种途径。一是降低间隙元素ONH的含量,二是采用β处理方法。TC4-DT钛合金便是在TC4的基础上通过降低杂质元素的含量来达到这一性能要求的。本实验通过在不同温度对TC4-DT进行等温压缩变形,研究了热变形温度对TC4-DT钛合金断裂韧性的影响规律。
原材料是由宏远航空锻造厂提供的TC4-DT钛合金热轧棒材,其主要化学成分(质量分数,%)为:6.23Al4.30V0.25Fe0.05C0.03N0.0125H0.13O,其余为Ti。采用金相法测得的相变点为(975±5)℃。实验用锻坯尺寸为40mm×40mm×66mm。等温压缩试验在6300kN的四柱液压机上进行。变形温度分别选取9459609951010℃。实验时先将试样和模具分别加热到预定温度。模具采用梯度加热的方式并分别保温12h。拉伸试样加热到预定温度时保温12min,断裂韧性试样加热到预定温度后保温32min。试样加热都在电阻炉中进行,温差控制在±5℃。应变速率统一采用1×10-3s-1,变形量为60%。变形后采用普通退火处理(800℃×1h、空冷)
在两相区等温压缩变形得到等轴组织,随着温度的升高,β转变组织增多;单相区变形得到片层组织,温度越高,变形越不均匀。退火后有点状析出物出现,且随着温度升高而增多,分布也更加弥散。断裂韧性随着等温变形温度的升高而增加,片层组织的断裂韧性高于等轴组织的断裂韧性。四种温度的断口均为等轴韧窝型延性断裂,随着变形温度的升高,断面粗糙度增加,韧窝直径和深度逐渐下降,在片层组织中发现了二次裂纹。断面粗糙度的增加和二次裂纹都会使裂纹扩展的曲折程度增加,从而需更多的能量对金属的体积塑性变形做功,断裂韧性就随之增加。

本文引用地址:http://www.metalnews.cn/ys/show-881394-1.html

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