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Ti-6AI-4V航空紧固件热成形温度对显微组织的影响研究(下)

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人气:-发表时间:2017-11-21 09:00【

2.产品镦制加热参数验证

为了验证Ti-6AI-4V钛合金紧固件在热镦时,是否出现过热现象,又对原材料进行了头部成形试验,其加热参数为温度1000℃、940℃,保温时间均为15s,其显微组织如图3所示。

3为不同加热温度下的Ti-6AI-4V钛合金紧固件显微组织特征,从中可肴出:图3a原材料经1000℃保温15s后,经压力机镦制成形后,晶粒长大,成等轴的六边形形状,组织分布较为均匀;图3b为杆部显微组织,晶粒从表层到内部依次减小,由于高频感应加热为瞬时加热,保温时间较短,材料仅表层获得了大量的能量,达到了原子的扩散激活能,使表层晶粒迅速长大,而材料内部仍保持原材料组织状态。加热镦制时,产生了动态再(a)横向组织(100×)结晶,且由于动态再结晶的晶核形成及晶粒长大期间仍受变形作用,使之反复形核、有限生长的特点,动态再结晶得到等轴晶粒组织,晶粒较为细小,晶粒大小决定于应变速率和变形温度。变形温度越高,应变速率越低,也越易得到较大的晶粒。

 3c为高频感应加热940℃、保温15s的显微组织,从中可看出:晶粒较1000℃时明显减小,晶粒破碎,刚形核的晶粒还没有完全长大就失去了长大的驱动力;图3d为螺栓头部上端面的显微组织形貌特征,从图中可看到在裂纹两边,显微组织完全不同,裂纹左边为过热组织,较为粗大,裂纹右边为细密、破碎的显微组织。在塑性变形时,对于p相来说,属于体心立方结构,有48个滑移系;而a相为密排六方结构,只有3个滑移系。在受力时,体心立方结构的p相比密排六方结构的a相变形要容易的多,在受力时,滑移面的夹角与外力轴线的夹角越来越接近45。,并且在粗晶粒和细晶粒之间形成的内应力共同作用,导致了沿45。角开裂现象。

3e为产品在成品检测时发现的过热现象。从图中可看出:晶粒粗大,基体上无初生的a相,晶内出现明显的魏氏组织,为典型的Ti-6AI-4V过热组织;图3f为图3e的放大500×,从中可看出:组织粗大,成网状的魏氏组织;图3e与图3f为热镦过热产品,又经940℃固溶与520℃时效处理之后的显微组织。过热组织在后续的热处理过程中很难纠正。产品一经交付将对产品的力学性能严生较大影响。

为找到合适的温度和保温时间,使Ti-6AI-4V原材料热镦成形时不产生过热现象,既节约资源,又保证生产效率,又进行了一系列的验证,当加热温度降低至890℃时,观察产品经镦制成形后的组织形貌。

4为在固溶温度940℃以下、加热温度为890℃、850℃的不同显微组织。图4a和图4b为加热温度为890℃下的杆部与头、杆结合处的组织特征,从中可以看出:其显微组织与图1所示的原材料相差不大;图4c与图4d为加热温度为850℃下杆部与头、杆结合处的组织特征,其显微组织比图1中所示的原材料更为细小。在动态再结晶过程中,由于加热温度不高,新形核的晶粒还没有来得及长大就失去了长大所需的驱动力,造成品粒细小。细小的晶粒在后续的热处理过程中将逐步长大,由于加热温度的限制,其长大的程度也受到很大的限制,形成更好力学性能的显微组织。

图2原材料过热组织

不同温度组织

不同温度组织

图4不同加热温度下的显微组织

3.结语

通过对Ti-6AI-4V紧固件热镦加工参数对显微组织影响的研究,在1000c940℃下加热与保持较长时间,易产生显微组织过热、晶粒长大及形成魏氏组织等缺陷;在890℃、850℃下镦制,产品均未出现过热现象,无折叠、裂纹等缺陷产生,850℃下镦制更能提高生产效率,节约资源。后期热处理及试验证明,在该温度下加工的产品,经固溶、时效处理后,产品的抗拉强度、抗剪强度、疲劳强度、金相等均符合相关产品标准要求,保证了产品质量的一致性。

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