一种提高Ti5553合金综合性能的热加工方法

时间:2014-10-30 17:57 来源:未知 作者:admin 点击:次

Ti5553合金是一种新型高强高韧钛合金,其名义成分为Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr。该合金属于β型钛合金,拥有良好的淬透性和较宽的加工工艺范围,目前主要用于波音787飞机和空客A350飞机的起落架、机翼结构等20多种承力部件,代替了原来所使用的Ti-6Al-4V合金和Ti-1023合金。据统计,采用Ti5553合金可以使飞机的总质量减轻8%,在我国C919等大型民用飞机上也得到了推广应用,也可进一步推广应用于其它军用飞机上。

实际使用中的Ti5553合金多是网篮组织,即α β 组织,也就是在β 基体上存在片状α 组织。理想的Ti5553合金组织应该是β晶粒细小、晶粒内部α 相细密、β晶界处存在细小断续的片状α 相的网篮组织。这种网篮组织可以使Ti5553合金的强度、塑性和断裂韧性得到较好的匹配,综合性能优良。
由于生产中有一批作为模锻原料的Ti5553合金轧制棒材,按照MTL - 3103及BMS7-360G标准的要求进行 T β 35 × 90min/FC 600℃ × 9h/AC热处理后,取样观察金相组织发现 组织粗大且不均匀,β晶界处存在连续平直厚大的片状α 相,且还有β斑存在。通常这种组织的钛合金强度偏低,达不到标准要求值,影响构件使用的可靠性。为此, 科研人员 探索用特殊的热加工方法来改善Ti5553合金轧制棒材的组织和性能,以获得组织致密,强度达到标准要求,而塑性和断裂韧性匹配良好的锻件。
实验材料为Φ250mm×200mm的Ti5553合金轧制棒材,其β相变点为840℃。分别按照表1给出的两种热加工工艺对其进行加工。
表1 热加工工艺方案
热加工工艺1 
热加工工艺2
自由锻: T β - 3 0 ℃×160min,多向镦拔,
变形量46 % 63 %
自由锻: T β - 3 0 ℃×160min,多向镦拔,
变形量46 % 63 %
自由锻制坯: T β - 3 0 ℃×70min,变形量10 . 6 %
自由锻制坯: T β - 3 0 ℃×70min,变形量10 . 6 %
一火模锻: T β - 3 0 ℃×60 min,变形量13 %
一火模锻: T β - 3 0 ℃×60 min,变形量1 5%
火模锻: T β - 3 0 ℃×60 min,变形量1 8.6%
火模锻: T β +20 ℃×60 min,变形量 23.5%
热处理 :( T β 35 × 90min/FC 600℃ × 9h/AC
热处理 :( T β 35 × 90min/FC 600℃ × 9h/AC
 
对经过2种工艺热加工后的Ti5553合金的显微组织、拉伸性能和断裂韧性进行表征。拉伸性能和断裂韧性测试采用CL - 3001拉伸试验机;显微组织观察在CL-2002金相显微镜上完成。
试验结果表明:通过 2种不同热加工工艺都可以获得具有细密网篮组织 的Ti5553合金 ,且性能达到了标准要求。而热加工工艺 2获得 的Ti5553合金 强度、塑性、断裂韧性不但均符合标准要求,而且达到了良好匹配。