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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

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人气:-发表时间:2017-11-18 09:00【

Ti-6AI-4V钛合金是一种中等强度的a+0型两相钛合金,与国内TC4材料相近,含有6%的Ⅸ相稳定元素Al4%p相稳定元素V。该合金具有优异的综合性能,在航空和航天领域获得了广泛应用,长时间工作温度可达400℃,在航空工业中主要用于制造发动机的风扇、压力机盘与叶片,以及飞机结构中的梁、接头、隔框和紧固件等重要的承力构件。

为了保证紧固件良好的疲劳、持久等力学性能,头部常采用镦制成形。而Ti-6AI-4V

室温下的退火态组织为大量的d (hcp)+少量的p(bcc)相,由于Ⅸ相的冷变形能力要比p相差,因此钛合金导热性差,如果采取冷镦成形,易产生折叠、裂纹,内部空洞及绝热剪切

带等缺陷;所以Ti-6AI-4V往往采取头部热镦成形。在实际生产过程中,为了保证产品进度,常采用加热效卒高、生产速度快的高频感应加热方式进行升温。在应变速率不变的情况下,提高成形温度,有利于材料的塑性变形。但高频感应加热速度快,温度难以控制,易造成产品过热。

1.原材料验证

为保证Ti-6AI-4V钛合金紧固件热成形质量,有效控制其加热温度及保温时间,现选取不同加热参数,通过对显微组织观察,判断热加工参数设置的合理性。

为保证试验结果的准确性,选取进口的Ti-6AI-4V钛合金材料,其显微组织如图1所示。

其中,图laTi-6AI-4V原材料横向显微组织形貌,图lb为纵向显微组织形貌特征。可看出:其显微组织形态为等轴组织,在等轴的d相基体上,分布着细小的p相。该材料组织均匀,未见明显冶金缺陷,为典型的Ⅸ+p双相钛合金。

为验证加热参数对原材料显微组织的影响,将该Ti-6AI-4V原材料用高频感应加热,加热至1000℃高于其相变点以上,保温15s,观察显微组织。

21000℃,保温15s的原材料显微组织特征。可以看出:在200×下,组织粗大,晶粒明显,晶粒内部有网状组织,未发现细小的p相存在;图2a与图2b具有类似的组织结构,晶粒基本上成等轴状,魏氏组织形貌。

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由于Ti-6AI-4V中铝含量相对较低,所以其增加点阵的扭曲程度,阻止原子再结晶过程中的定向移动并延迟晶粒长大的能力较弱。因此当加热温度高于相变温度后,原细小的等轴双相组织品粒逐渐长大,原晶界处存在的细小p相也溶入了Ⅸ相基体当中,随着温度的降低,在晶粒内析出网状的魏氏组织。

Ti-6AI-4V原材料为退火态,其组织为平衡态组织。在加热及保温过程中,没有产生再结晶,随着加热温度的升高及保温时间的延长,其原子达到了扩散激活能,晶粒长大的驱动力来源于晶界迁移后体系总的自由能的降低。温度是影响晶粒长大的主要因素,而晶界的迁移与原子的扩散有关,扩散系数越大,晶界越容易迁移,即晶粒越容易长大。

通过对Ti-6AI-4V原材料高频感应加热至1000℃,保温15s,晶粒明显长大且成等轴状,并产生了魏氏组织。

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