退火温度对tc4钛合金动态断裂韧性的影响_刘睿

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1、第40卷第10期稀有金属材料与工程Vol.40,No.102011年10月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGOctober2011退火温度对TC4钛合金动态断裂韧性的影响刘睿，惠松骁，叶文君，熊柏青，尤振平(北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京100088)摘要：采用示波冲击法，对750℃、相变点以下(20~60)℃、相变点以上10℃等7种不同热处理状态TC4钛合金的动态断裂韧性进行了测试，结合金相组织观察及扫描电镜断口形貌观察，分析了初生α相含量及次生α相形貌对TC4钛合金动态断裂韧性的影响。结果表

2、明，对于初生α+β转变组织的TC4合金，初生α相含量在47%~50%范围，次生α相片层呈短棒状，具备上述特征的合金在本研究涉及的加载速率范围内具有较好的动态断裂性能。关键词：动态断裂韧性；TC4钛合金；示波冲击中图法分类号：TG146.2文献标识码：A文章编号：1002-185X(2011)10-1799-05TC4合金具有优良的综合性能，在航空航天、化本实验采用普通退火，以及相变点以下20、30、工、食品工业等各方面得到广泛的应用。材料在许多40、50、60℃，以及相变点以上10℃不同热处理工使用过程中需要经受一定的动态载荷，如加工过程、艺处理的TC4

3、合金作为试验材料，采用示波冲击方构件服役过程中受到的碰撞或冲击等，一般而言，在法，研究上述组织中α相对材料动态断裂韧性的影响[1]动态条件下裂纹更容易起裂。因此，需要对材料的规律。动态断裂行为尤其是动态断裂韧性给予一定的关注。1实验目前尚未有统一的测试材料动态断裂韧性试验方法，常用的测试方法是结合落锤系统或者Hopkinson采用的TC4合金经过多火次锻造，加工成Φ55系统的示波冲击法、应变片法、小角度冲击法、CODmm×165mm×1080mm的棒材，经金相法测定，该棒法等方法或者光弹法、焦散法、相干梯度敏感干涉法材相变点为980~990℃。对此棒材分

4、别进行以下7种[2-5]等光测力性的方法。在适用于低速加载的试验方法不同制度的热处理，具体如下：（A）750/1℃h/AC；中，示波冲击法成本低，操作简单，并已形成参照执（B）920/1℃h/AC；（C）930/1℃h/AC；（D）940/1℃[6,7]行的标准，国内外研究学者多年前已经采用此方法h/AC；（E）950/1℃h/AC；（F）960/1℃h/AC；（G）[8-10]对多种钛合金材料的动态断裂韧性进行了研究。1000/1℃h/AC。[9]尤其对Ti-6Al-4V合金，M.Niinomi等人针对705℃在上述不同热处理工艺获得的坯料中心部位取退

5、火，900℃空冷/水淬+时效，955℃空冷/水冷+时效，样，加工成为10mm×10mm×55mm的Charpy冲击试1065℃水淬+时效/退火，1150℃空冷/炉冷/水淬+时样，预制T-S方向a/w=0.2疲劳裂纹。材料的室温动效等多种热处理工艺下获得的不同组织类型的动态断态断裂韧性测试在NCSNI500冲击试验机上进行，每裂韧性进行了测试，并分析了影响动态断裂性能的组组试验使用3个平行试样。此设备最大冲击能量500J，织因素。加载速率5.4m/s。尽管目前采用示波冲击法对Ti-6Al-4V合金的研材料的微观组织及断口形貌观察在Axiovert究较多，但

6、是，尚未有研究报道说明相变点以下（20~200MAT光学显微镜及Quanta400扫描电镜下进行，60）℃温度区间热处理所得组织形貌对动态断裂韧性金相试样所用的腐蚀液为10%HNO3+5%HF+的变化规律。在该温度范围内热处理，即使热处理温85%H2O。度相差10℃，初生α相的含量也会有较大的变化。同2结果及讨论时该温度范围恰好处于TC4钛合金热加工及热处理常用的温度范围内。因而，有必要对该温度范围内所得2.1金相组织组织的动态断裂性能进行细致的考察。本试验所用材料的组织如图1所示。相变点以下收稿日期：2010-10-25作者简介：刘睿，男，1981年生

7、，博士生，北京有色金属研究总院，北京100088，电话：010-82241172，E-mail:h_o_n_o_r@163.com·1800·稀有金属材料与工程第40卷abcdefg20μm图1不同热处理条件下TC4合金组织形貌Fig.1OpticalmetallographsofTC4alloyundervariousheat-treatmentconditions:(a)750℃/1h/AC,(b)920℃/1h/AC,(c)930℃/1h/AC,(d)940℃/1h/AC,(e)950℃/1h/AC,(f)960℃/1h/AC,(g)1000℃/1

8、h/AC热处理的材料具备相同的组织类型，都由初生α相和/J/J/Jpβ转变组织构