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钛合金管、TA2钛管退火处理工艺

发布时间: 2018-10-04 22:39:30    浏览次数:

钛及钛合金的杂质元素和退火处理在其生产过程中具有重要的作用。其中杂质元素可使钛及钛合金强度提高,塑性下降。以影响程度来说,氮的影响最大,碳的影响最小,而氧居中,氢对钛的力学性能影响主要体现在氢脆上。随着工业技术的发展以及工业生产对金属材料性能需求的不断提高,金属材料生产中的成分设计尤为重要。而热处理是金属材料最重要的物理冶金过程之一,也是工业上控制和改变金属材料组织、结构和性能的重要手段。科研人员研究了两种不同氧含量、不同退火制度对经特定工艺轧制的TA2钛管材的组织和力学性能的影响,以获得满足飞机发动机要求的高性能、高塑性的再结晶态TA2钛管材。

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实验原料采用一级海绵钛,经两次真空自耗电弧炉熔炼获得铸锭,化学成分有两种,以下均称方案A和方案B。其中,A的氧含量为0.06%~0.07%,B的氧含量为0.10%。TA2铸锭经2500t水压机开坯锻造、棒坯钻孔、1600t卧式挤压机包套热挤压,最终获得Φ45mm×8mm×L的管坯,对管坯下料进行包套酸洗得到轧制坯料。

管坯采用常规两辊、辊管材冷轧机进行多道次轧制。两辊轧制变形量选择50%~60%,三辊轧制变形量选择30%~45%,最终得到Φ8mm×1mm×L(L≥3000mm)的TA2成品管材。飞机发动机管材需满足抗拉强度Rm=392~539MPa、伸长率A50≥20%,屈服强度不要求,显微组织要求为再结晶态组织,并且有相对ASTMB/ASME SB338标准更严格的工艺性能和探伤要求。

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成品钛管选择不同退火温度480℃、500℃、520℃、550℃、600℃,保温时间选择90min,随炉冷却。在热处理后的管材上取样,用INSTRON-1185电子拉伸机进行室温力学性能测试和OLYMPUS金相显微镜观察显微组织。试验结果表明:

(1)TA2管材中氧含量为0.06%~0.07%时,500℃时室温力学性能满足飞机发动机要求,520℃强度稍微偏低,合格温度区间较窄,不建议选用。

(2)冷加工的TA2管材,其氧含量为0.10%时,在500℃时开始发生再结晶,520℃~600℃热处理时材料组织为细小再结晶组织,性能和组织趋于稳定,经520℃~550℃×90minFC处理后的管材组织和性能达到飞机发动机使用要求。

(3)经过增加内表面镗削处理的方法可以有效去除氧含量为0.10%的管材在冷加工过程中产生的内表面缺陷,且并不影响成品超声探伤。

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