钛及钛合金具有低密度、比强度高的特点,已广泛应用于航空航天领域。β21s钛合金的名义化学成分为 Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si ,具有优良的冷热加工性能和冷成型性能,而该合金是目前加入Si元素的β型钛合金,其抗氧化性能极其优良,是常用的β型钛合金Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn 合金的100倍。
本文着重研究β21s钛合金的固溶处理及固溶时效处理后的性能,为该合金在后续的应用领域提供了一定的技术参考。
1 试验
实验所采用的材料是宝钛集团生产的,经过三次真空自耗电弧炉熔炼得到的铸锭。经测试,其α+β/β相转变温度为820℃。铸锭在经过高温锻造,中间热轧,终由四辊可逆轧机轧出成品,成品厚度为1.0mm冷轧板材。
在成品板材上切取试样,进行不同的固溶时效的热处理试验,固溶温度分别为800℃/30min、830℃/30min、850℃/30min,时效温度分别为537℃/8h AC、580℃/8h AC、593℃/8h AC、640℃/8h AC。
2 结果与讨论
2.1 固溶处理后的力学性能及组织
β21s钛合金板材经过800℃/30min AC、830℃/30min AC、850℃/30min AC 固溶处理后的力学性能见表1:
β21s钛合金纤维组织照片见图1-图3。
2.2 板材固溶结果分析
从图1-图3中的显微组织和表1中的数据分析,可以得出,β21s合金板材在相变点以下的温度进行固溶时,其组织晶粒仅仅只是发生回复现象,并未发生再结晶,依然为纤维组织,虽然强度有一定的降低,但塑性较轧态改善不是很大。而在相变点以上进行固溶时,晶粒发生了明显的再结晶,随着固溶温度的提高,晶粒长大明显。但强度在不同温度固溶时,变化不是很明显,但塑性随着温度的升高,增加趋势明显。
2.3 固溶时效后板材的力学性能
冷轧β21s板材在经过830℃/30min AC固溶?理后再经过时效处理。因为β21s钛合金在时效温度低于500℃时极易析出脆性相ω相,因此试验选的时效温度参考国外同类产品要求,时效制度分别选取537℃/8h AC、580℃/8h AC、593℃/8h AC、640℃/8h AC,其测试结果见表2:
2.4 固溶时效后板材的力学性能结果分析
从表2中我们可以看出随着时效温度的不断提高,β21s板材的力学性能逐步下降,而塑性不断提高。
我们认为β21s是亚稳态β型钛合金,因此我们认为当板材进行时效时会令亚稳定β相分解造成弥散强化,令强度提高塑性下降,而随着时效温度的不断提高,板材晶粒逐步长大,因此造成强度降低而塑性提高。
3 结束语
(1)β21s钛合金在经过830℃~850℃/30min AC的热处理即可实现完全固溶处理,固溶处理后有900MPa的高强度及8%的延伸率,强度-塑性性能。
(2)β21s钛合金在固溶时效状态下可以达到1250MPa以上的高强度和大于4%的延伸率,随着时效温度的提高,强度下降,塑性提高。