EB炉熔铸TC4钛合金扁坯交叉热轧与热处理的组织和性能研究

作     者：赵帅 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖寒;黄海广

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：TC4钛合金 EB炉熔炼 交叉热轧 组织演变 力学性能 

摘      要：TC4钛合金因具有高的比强度、良好的耐蚀性和生物相容性等优点,被广泛应用于军事、医疗和民用等领域。传统钛板材加工多采用VAR炉熔炼的含有高低密度夹杂圆锭经开坯锻造,轧制成板材。本实验利用EB炉熔炼的扁锭直接轧制成板材,省去以往开坯锻造工序,降低了钛合金生产成本、提高了成材率和缩短了生产周期。为给企业工业化生产钛合金板材的热加工以及热处理工艺提供经验和理论指导,研究了交叉热轧工艺以及退火和固溶+时效强化热处理工艺对TC4钛合金板材的组织演变和性能的影响。并且,对热轧以及热处理板材进行了EBSD分析。本文主要工作和研究结果如下:(1)研究交叉热轧工艺对TC4钛合金板材组织和性能的影响。TC4钛合金扁锭显微组织为魏氏组织。经热轧变形后,组织中的晶界已充分破碎,片状α相发生扭折、变形和破碎且纵横交错。随着交叉次数的增加,组织中的片状α相纵横交错越明显,各向异性改善且强度提高。其中,交叉二次热轧的板材综合性能最优,在RD、TD方向的抗拉强度、屈服强度以及伸长率分别为912.7和941.5 MPa,792.1和884.3 MPa以及11.2%和9.4%。(2)研究退火热处理工艺对TC4钛合金板材组织和性能的影响。结果表明:随着退火温度的升高(670℃～820℃),组织中的片状α相变得宽大。再结晶程度的增大,导致等轴初生α相增多,β转变组织长大、增多。并且,其强度呈下降趋势,塑性越来越好且各向异性有所改善。其中,720℃退火时的板材综合力学性能最优,在RD、TD两个方向抗拉强度、屈服强度以及伸长率分别为903.3和904.1MPa,771.5和858.7MPa以及12.5%和12.3%。(3)研究固溶+时效热处理工艺对TC4钛合金板材组织和性能的影响。结果表明,930℃固溶板材时效后的组织为典型的双态组织。当固溶温度超过相变点,960℃和990℃固溶板材时效后的组织为魏氏组织。随着固溶温度的升高(930℃～960℃),固溶+时效板材强度、塑性逐渐降低。当TC4钛合金热轧板材在930℃固溶、560℃时效时,随着时效时间的延长(2h～4h),等轴初生α相逐渐长大,但其体积分数都约为31%,β基体上析出许多的次生α相合并长大。其板材的强度降低,塑性略有提高。时效2小时板材综合性能最优,在RD、TD方向抗拉强度、屈服强度较未处理板材的性能分别提高了17.63%和14.43%,20.57%和12.07%,伸长率在RD方向降低了7.14%,TD方向升高了11.70%。(4)TC4钛合金随着交叉次数的增加,其板材残余应力越来越少,再结晶晶核逐渐减少,小角度晶界占比越来越大,大角度晶界占比越来越小。经720℃退火和930℃固溶+560℃时效2小时处理后,残余应力被消除,再结晶晶核增多,板材的小角度晶界占比降低,大角度晶界占比增高。(5)TC4钛合金热轧以及热处理板材在{0001}基面均存在较强的织构。随着交叉次数的增加,其板材{0001}基面织构强度先降低后增高,晶粒的c轴与ND方向的夹角先增大后减小。经720℃退火和930℃固溶、560℃时效2小时处理后,{0001}极图中的基面织构强度降低,各向异性得到改善。