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β型钛合金TB5板坯


β型钛合金强度高兼具优异的冷加工性能,但是这类合金往往会由于金属间化合物的沉淀析出导致合金脆性(如Ti-13V-11Cr-3A1)或者凝固过程存在偏析现象(如Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn),阻碍其广泛应用。1981年,美国TIMET开发了Ti-l5-3合金(中国牌号为TB5),名义成分为Ti-15V-3Cr-3Sn-3A1,该合金具有高强度、高韧性、无偏析缺陷,和冷成形性能优良,冷轧变形量可达到90%以上。通过时效处理室温强度可以达到1080MPa,主要用于制造各种钣金构件与紧固件。

TB5合金是一种亚稳定β型钛合金,含有临界浓度以上的β稳定元素、少量的Al和中性元素Sn。不当的热加工及热处理工艺会导致合金的室温加工塑性变差、冷加工难于进行且产品性能难以达到要求。研究人员针对TB5板材试制过程中出现的板坯脆断行为进行分析,探讨其脆断成因,以便为该合金生产开发通过一定的技术支撑。

试制的钛合金TB5板坯由三次自耗电弧熔炼的Φ750mm的成品锭在β区(1100℃)7个火次锻造而成,截面长宽尺寸为600mm×100mm。在板坯不同部位取样进行化学成分均匀性分析,对板坯的断口、微观组织及物相进行分析。金相观察在6000金相显微镜上进行,用JSM-7001扫描电镜及附带的INCA能谱仪进行断口形貌、微观组织及成分定性分析。研究结果:

(1)试制钛合金TB5板坯化学成分均匀,无宏观偏析现象存在,板坯发生的脆断行为与化学成分无关。

(2)导致板坯脆性断裂的主要原因是板坯晶粒异常粗大,同时晶粒内析出了粗大的长针片状析出相,割裂了基体,阻碍变形时位错运动,严重降低了板坯的塑性。

(3)对TB5合金板坯锻造而言,应尽可能减少锻造火次,加大锻造火次变形量来控制TB5合金板坯锻造组织,特别是控制晶粒度;加大锻造后冷却速度(如采用风冷)以抑制相析出是提高TB5冷加工塑性的关键。