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固溶温度对Ti-6AI-4V螺栓剪切强度的影响(下)

时间:2017-11-20? 来源:青岛丰东热处理 ?编辑:青岛丰东热处理 点击: 次
2.结果与讨论
        (1)固溶温度对剪切强度的影响  通过对6组试样在920-980℃内固溶+540℃×4h时效后,将试样加工成φ600-0.03mm剪切试棒,进行开放式双剪试验,剪切强度如图2所示。
        通过试验可以发现,在相同的标准时效制度下,随着固溶温度的升高,Ti-6AI-4V材料的剪切强度整体呈正比升高。在920- 950℃的固溶温度范围内,随着固溶温度的升高,剪切强度增加相对缓慢,且无法达到某型航机零件要求的γ≥670MPa。在950-980℃的固溶温度范围内,随着固溶温度的升高剪切强度增加明显,960℃固溶时剪切强度达到了678MPa,980℃固溶更是达到了700MPa以上,相比某型航机零件的剪切强度要求有了足够的富余量。
因此可见,为满足设计要求,应选择固溶制度为:970℃固溶+540℃时效处理。
        (2)固溶温度对显微组织的影响  将6组试样用电木粉镶嵌抛光后,对试样进行腐蚀并进行显微组织(500x)检查,如图3所示。
        通过显微组织分析,在920- 970℃固溶处理的试样,显微组织是由层片状组织和等轴状组织共同组成的双态组织,表现为β基体上分布着等轴的初生α相及细针状次生α相,随着温度的升高初生α组织的数量减少而针状α组织数量增多。从图3可看出,920℃固溶后,初生α相面积比接近50%,但当固溶温度升高到950℃时,初生α相比例降至30%左右,初生α相形态和尺寸无明显变化;固溶温度升高到970℃时,等轴初生α相比例进一步降至15%左右,且可以清晰地看出部分等轴初生α相变小以及即将溶解的形态;当固溶温度升高至980℃,等轴初生α相基本消失,基体变成了大晶粒β相的片层组织,说明该温度已很接近β相变点。
 各种状态下的显微组织  固溶温度对剪切强度的影响
        不同的显微组织对钛合金的力学性能有着强烈的影响:①等轴状组织往往具有高的塑性和疲劳强度,并易于超塑性变形。②片层组织具有高的断裂韧性、优异的抗蠕变性能和抗疲劳裂纹扩展性能。③双态组织综合了层状和等轴组织的优点,具有优良的综合性能。对于α+β型钛合金,固溶处理的目的是为了得到马氏体α’,α’’, ω和少量亚稳定β相,并控制初生α相的百分含量来调整强度,固溶温度一般在β转变温度以下。Ti-6AI-4V合金的力学性能与初生Ⅸ相数量和形态有密切关系,一般来说,初生a相含量越多,室温拉伸塑性和疲劳性能越好;初生α相数量越少,则高温持久、蠕变和断裂韧度越好。为了获得优异的综合性能,初生α相含量通常希翼控制在15% - 50%。试验中,随着固溶温度的升高,在960℃固溶后,显微组织中隐约出现了细小次生针状α相。次生针状Ⅸ相是在固溶过程中溶解的初生α相在冷却过程中形成的,次生α相形核后向β相内生长,形成α束域或α丛,形状呈细小针状分布。α丛的大小受许多因紊影响,加热温度越高,保温时间越长,β稳定元素含量越大,β相变点越低,α丛越大。次生针状α相对强度的提高有促进作用。
        在试验中,970℃固溶后,初生α相的数量显著下降,占比约15%,次生α相明显析出;980℃固溶后,在α+β基体分布粗大片状或针状α相,整齐地分布在β晶粒内部,等轴α相已消失,β相晶粒也显著长大,晶界变粗变淡,是典型的魏氏组织或片层组织。魏氏组织的强度较高,但塑性很差,对紧固件不适用。
        由此可见,为满足设计要求,应选择固溶制度为:970℃固溶+540℃时效,组织一般为基体上分布着15%左右初生α相的双态组织。
(3)验证  通过上述分析,采用970℃固溶+540℃时效的工艺生产了一批零件对零件进行力学性能检查,完全满足某型航机高锁螺栓αβ≥1100MPa,r≥670MPa的要求。
3.结语
        通过试验,找出了固溶温度对Ti-6AI-4V剪切性能和显微组织的影响,并得出以下结论:
(1)在固溶温度920-970℃内,随着温度的升高,剪切强度从643MPa显著提高至
        692MPa,提升幅度为7.6%。
(2)在固溶温度920-970℃内,随着温度的升高,显微组织中的等轴初生α相数量
        从50%庄右减少至15%左右,在960℃以上有细小的次生针状α相析出。当980℃固溶时,等轴初生α相彻底消失,并形成粗针状α相。
(3)经970℃固溶+540℃时效处理的Ti-6AI-4V零件能满足某型航机高锁螺栓αβ≥1100MPa、r≥670MPa的要求。
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