TC4钛合金相变过程及轧制-热处理工艺研究

作     者：张天馨 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李建平;蓝慧芳

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 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）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：TC4钛合金 相变过程 带温轧制 Al、V合金元素 

摘      要：TC4钛合金具有较低的相对密度、高比强度、良好的耐蚀性、较好的生物相容性、杰出的高温热强性以及高温蠕变性等性能特点,广泛应用于航空航天领域。TC4钛合金为双相合金,具有复杂的相变过程,对温度参数敏感,组织难以控制;在室温下变形抗力大,塑性加工困难。本文以此为研究背景,进行如下的实验研究内容并得到相应的实验结果:(1)利用高温共聚焦实验,研究加热温度、保温时间和升降温速率等工艺参数对TC4组织演变与相变速率的影响规律。在单相区1050℃加热过程中,β晶粒开始长大,随着加热温度升高至1200℃时,晶粒尺寸变大,可提供组织形核位置的晶界减少,组织生长速率降低0.63μm/s;在二次加热温度从870℃升高至885℃时,过冷度和平衡结晶温度降低,导致组织生长速率降低;调控温度和保温时间等工艺参数后,得出TC4钛合金在两相区温度范围为850℃～900℃时,随着保温时间的延长至15min时,组织生长较为完全,生长速率较快为2.99μm/s。并且组织为细针状,稳定性较好,有利于提高组织的生长速率。(2)通过DIL实验及XRD衍射分析,研究不同工艺参数对TC4钛合金中β相含量的影响规律以及不同β相含量对TC4钛合金的组织及性能的影响。结果表明,随着加热温度升高至900℃,并以快速升温速率80℃/s加热至1020℃,保温2s,并且以较快40℃/s冷却速率降温时,组织中有较高的β相含量,为26.76%;通过电阻炉模拟退火实验可知,在此温度参数下,冷却方式为水冷时的显微组织为细针状,抗拉强度为 987MPa。(3)对TC4钛合金热轧板材进行不同的带温轧制实验,避免了冷轧开裂的现象。研究了不同轧制温度和变形量工艺对TC4合金组织和性能的影响规律。结果表明,随着轧制温度的升高,组织趋近于等轴状;对比各轧制工艺的实验结果可知,当轧制温度为800℃,轧制量为40%时,力学性能较为匹配。经过900℃两相区热处理的轧制板材的组织更均匀细小并呈等轴状;由EPMA实验分析各热处理后TC4板材的合金元素分布的结果显示,随着原始板材轧制温度的升高,Al和V元素均发生扩散运动,其中Al元素富集在α晶粒中心,V元素富集在两相晶界和β转变基体中;并结合热处理前后的力学性能对比发现,退火后的轧制板材其抗拉强度较未退火的轧制板材略有降低,延展率均有提高5%。