热处理升降温过程对BT22(Tc18)钛合金组织性能的影响

摘要

Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe(BT22)是前苏联1974年研制成功的近β型钛合金。该台金具有深度淬透性和明显的时效强化效应，因此可制成大型锻件、模锻件和高强承力件。在进行新的工艺探索时，大锻件由于尺寸大，对不同尺寸的大规格锻件进行等尺寸实物试验是不经济的，而实验常规试样试验结果会与实际生产过程相差很大，并且具有一定的局限性。
　　 基于上述考虑，本文通过实测和ANSYS有限元模拟两种手段研究了φ170mm×250mm大尺寸锻棒固溶后降温和时效升温过程中内部温度场的变化情况，OM、SEM、TEM及X射线衍射用于对固溶后降温和时效升温过程合金显微组织、断口表面及相进行分析。维氏硬度和室温拉伸用于机械性能的分析。
　　 研究结果表明，φ170mm×250mm锻棒热处理降温过程中其内外温差可达50℃左右，采用ANSYS有限元分析软件能准确的反映工件热处理中的热过程。通过模拟得到降温过程的温度值与实测值相对误差在2％～5％左右。由于相变的原因875℃固溶空冷曲线有一段近似平台，这一平台把875℃固溶后空冷降温过程分三阶段。
　　 Φ170mm×250mm锻棒875℃固溶降温过程中发现从心部到边部析出α相逐渐增多，并且随着温度的降低析出的α相越细密。合金在810℃固溶后空冷降温过程中α相的增多不明显但是尺寸宽化明显。875℃和810℃降温硬度曲线表现出硬度先升高再趋于平缓的特点。
　　 实验用小尺寸(φ12mm×70mm)试样经875℃固溶30分钟后为全B组织，550℃时效过程中φ相析出并长大，试样硬度逐渐升高，室温拉伸显示断裂为脆性沿晶断裂。
　　 Φ170mm×250mm锻棒经875℃固溶2小时后空冷，发现其组织中已经有旺相析出，时效过程中初生α相变化不大，主要是次生α相的生成和长大，时效过程中硬度变化曲线平缓在360～400范围内波动。经550℃时效6小时后锻棒三个部位强度基本一致，但是塑性边部明显不如心部和1/2R。
　　 Φ12mm×70mm-试样经810℃固溶30分钟后为针状初生α相和β相的两相组织,550℃时效24分钟，析出次生α相，硬度也迅速提高，时效65分钟硬度达到峰值，550℃时效6小时硬度无明显升高，拉伸数据显示断裂为韧性断裂。
　　 Φ170mm×250mm锻棒经810℃固溶90分钟后空冷，组织为“叉形”结构的α和β相组成的两相组织。550℃时效24分钟，晶界处先析出了次生α相，550℃时效2小时后硬度达到峰值，随后时效硬度无明显升高趋势。拉伸数据显示边部的强度高于心部，但塑性又不如心部。

目录

1绪论

2材料和实验方法

3大尺寸锻棒热处理升、降温过程内部温度变化

4大尺寸锻棒固溶降温过程中组织演变及性能的研究

5φ170mm×250mm棒样与φ12mm×70mm试样时效过程中组织演变及性能的变化

6结论

致谢

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

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