TA15钛合金的显微组织和力能性能.doc

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1、TA15钛合金的显微组织和力能性能在旋压变形下的效应摘要:TA15合金的管状工件在CNC旋压机上进行热旋压，对其显微构和力学性能在热旋压和热处理过程中进行观察和纺管测试。结果显示：伴随旋压道次的增加，纤维的微观组织逐渐形成轴向方向，周围的微观组织也明显沿圆周方向伸长。同时，抗拉强度增加但其伸长率不但在轴向方向而且在圆周方向减少。当壁厚的变薄率升至接近或超过40%时，其抗拉强度增加和伸长率减少的速度越来越快，这意味着钛合金的管状工件通过强力旋压能被双向强化。TA15合金旋压件的塑性能够通过用轻度减小抗拉强度的方法在不高于再

2、结晶温度时退火处理提高。关键字：TA15合金；热旋压；显微结构的变化；力学性能；退火1．引言随着航空航天工业的发展，对结构部件的高强度和低质量的要求越来越高，例如大型薄壁钛合金旋转工件有高的比强度，良好的耐腐蚀和适中的热稳定性[1-4]。目前，这种工件主要通过板料的滚焊生产,焊缝存在于轴向方向可能减小筒形工件径向方向的强度。强力旋压是其中生产筒形工件最有效的工艺之一,这种工艺的成形精度不小于筒形工件机械加工,材料利用率和机械性能也优于机械加工[5-8]。此外,如同金属在强力旋压过程的轧制变形作用下一样,钛合金的微观组织和

3、机械性能被明显的改善[9-13]。CHANG[9-10]研究了2024和7075铝合金在旋压过程中微观组织的演化和其在微可纺性下显微结构的效应，获得了合理的包括用旋压和高韧性热处理制作薄壁管的工艺方法。RAJAN[11]进行AISI4130钢管的强力旋压实验和建立了纺成工件,筒形毛坯和旋压工艺参数之间机械性能的关系,并且通过控制管坯的初始结构明显提高了压力室的机械性能。然而并没有系统地研究钛合金筒形工件在热旋压过程中的微观结构和组织性能。在当前工作中,TA15合金筒形工件的热旋压实验在CNC旋压机上进行,同时旋压件在热旋

4、压和退火处理过程中的微观结构和机械性能进行研究。揭示了旋压件的微观组织和机械性能在旋压变形时的效应,并且获得了正确的热处理TA15合金旋压件的方法.该研究对钛合金薄壁筒形工件在复杂应力和大内部应力工作条件下的应用有所帮助。2．实验2.1实验材料在热旋压实验中,使用的是中国宝鸡有色金属研究院生产的直径为120mm的TA15钛合金轧制棒材。TA15是一种接近含量类似于俄罗斯BT20合金的高铝a合金，其化学成份在表1列出。TA15合金由于其高强度、良好的耐腐蚀抗蠕变性能以及良好可焊性使其成为航空航天工业中一种重要的结构材料[1

5、4]。然而,这种合金在常温下的低可塑性和高温下的热敏感性导致其可锻性差以及锻造温度范围窄。2.2实验步骤TA15合金的热旋压实验在CNC旋压机上进行,棍子轨道能在设备上的CAD系统上灵活编程。旋压实验所用的管坯由TA15合金的热轧制棒材加工得到,如图1所示。根据[15],在低于600-700ºC温度范围下使TA15钛合金在小塑性变形或强封闭变形作用下进行局部少量塑性变形是可行的，例如板料弯曲和流动旋压。因此筒形工件在强力旋压过程中其旋压温度控制在600-700ºC温度范围内。在旋压实验进行前，心轴和管坯分别被预热到350

6、ºC到650ºC之间。在管材旋压过程中，管坯通过红外辐射温度表监控用喷灯加热使其温度维持在TA15合金必须的范围内。此外，对TA15合金旋压件进行热处理是为了研究退火处理对其微观结构和力学性能的影响以及获得合适的退火处理工艺。2.3组织分析和力学性能测试的方法沿轴向和径向将旋压件分段并观察TA15合金在热旋压和热处理过程中的微观结构。试样由3%HF-1O%HN03-H20组成的溶液腐蚀用以进行光学金相分析。对筒形工件进行机械加工形成的试样做抗拉实验，如图2所示。轴向试样直接在INSTRON5569测试机上进行拉伸试验。鉴

7、于拉伸试验的表面形状，应使轴向试样的末端变平使试件能被扣紧。为了更准确地测试筒形工件的径向力学性能，中国标准拉伸试验GB/T17104-1997中的测试方法在目前的工作中被改进，如图3所示。图3（a）所示的环状试样拉伸试验示意图(GB/T17104-1997),其环状试样将被拉伸成弯道形状并且在伸长区域发生大塑性变形。因此，在圆形工件上把两半块设计成起相反于拉伸作用替代品的拉深杆（图3(b))。在此情况下，塑性变形集中在筒形工件的伸长区域，它的旁边只发生小塑性变形，因此测试结果将有效地改进。图4所示的轴向和径向拉伸示意图

8、，其尺寸列举于表2。3.结果和讨论筒形旋压的整个过程分五个道次完成，累计变薄率达80.9%.各道次分配的设计方案列于表3。经过热旋压后，筒形工件在700℃和830℃分别进行60分钟的退火处理。3.1TA15合金在热旋压和退火处理过程中的微观组织演化图5所示为TA15合金滚转棒材的初始结构。其轴向显微结构形态包含在轧制