TA15钛合金锻件环形锻件组织与性能的研究

1、引言

钛合金同其他金属材料相比，具有强度高、中温性能好，抗腐蚀性能好等优点，在航空、航天、化工和船舶等工业部门得到越来越广泛的应用。TAl5钛合金名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo一1V，其主要强化机制是α稳定元素A1的固溶强化，加入中性元素Zr和β稳定元素Mo和V可以改善工艺性。该合金的Al当量为6.58%，Mo当量为2.46％，属于高Al当量的近α型钛合金，所以它既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性。本文在α+β两相区成形了TA15钛合金环形锻件，并对其组织、性能进行了分析。

2、试验材料及方法

2.1试验用材料

试验用材料为经3次真空自耗熔炼的TAl5钛棒，规格为Φ140mm，状态为退火态，原材料化学成分见表1。

原材料低倍组织致密，无清晰晶粒，其低倍组织如图1a所示。原材料显微组织为均匀的等轴两相组织，所有原始β界已充分破碎，显微组织如图1b所示。棒材室温力学性能见表2。

棒材高温力学性能见表3。

2.2试验方法

用金相法测定试验用棒材的相变点，β转变温度为970℃～980℃。试验时变形温度选定为945℃，低于相变点，即在α+β两相区进行变形。

环形件锻造工艺过程为：坯料加热保温120min，镦饼、冲孔、扩孔、整形，锻成外径为Φ425mm，内径为Φ350mm的环形件，终锻温度大于850℃，锻后空冷。锻件冷却后需对锻件进行退火处理，退火工艺为：820℃×2h，空冷。随后对锻件的组织和性能进行了分析。

3、试验结果及分析

3.1锻件组织

钛锻件低倍组织均匀、致密，无明显的清晰晶粒，也无其他肉眼可见的冶金缺陷，符合钛合金锻件低倍组织评级图片1级。锻件低倍组织如图2a所示。

锻件显微组织为均匀的等轴两相组织，无连续的原始β晶界，显微组织符合显微组织评级图片3级。锻件高倍组织如图2b所示。

从锻件的显微组织可以看出，由于环形锻件的变形温度选择在α+β两相区，低于β转变温度，因此组织中存在初生的α相(图2b中黑色部分)。在变形后的空冷过程中，又有α相在卢相(图2b中白色部分)基体上呈片状析出，形成α+β相的混合组织。这种混合组织一般称为卢转变组织或转变了的β相。所以TAl5合金在两相区加热变形所得组织是在等轴α相的基体上分布有一定数量的卢转变组织的等轴组织，这种组织具有综合性能较好，特别是塑性和冲击韧性较高的特点。

3.2锻件力学性能

锻件退火状态的室温力学性能测试数据见表4。

锻件退火态高温力学性能测试数据见表5。

从锻件力学性能结果可以看到，TAl5钛合金锻件具有良好的室温和高温强度。退火状态下，室温强度可在950MPa以上，500℃高温强度在650MPa以上。TAl5合金在两相区锻造成形，能够获得均匀的等轴两相组织，在该状态下，TAl5合金具有良好的塑性、冲击韧性和断裂韧性。与原始钛棒材相比，两相区成形的环形锻件室温、高温强度和塑性都有所提高，特别是面缩率皿有较大幅度的提高。因此，TAl5钛合金在两相区成形能够获得良好的综合性能。同时，考虑到降低变形时的抗力，因此对TAl5钛合金较合适的锻造温度可选择在β相变点以下20℃----40℃。

4、结论

(1)TAl5钛合金在两相区成形可得到均匀的等轴口+卢转变组织。

(2)TAl5钛合金在两相区成形的锻件具有良好的综合力学性能。

(3)p相变点以下20℃～40℃是TAl5钛合金较理想的锻造温度。

参考文献：

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