加工工艺对TC4-DT合金板材疲劳性能收敛性的影响
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摘要
本文以TC4-DT合金板材为研究对象,通过光学金相组织观察、力学性能测试、扫描断口分析等方法,系统地研究了不同轧制工艺及热处理制度对组织与力学性能的影响,分析了不同组织状态与各种性能的关系,为改善TC4-DT板材各向异性提供了理论依据。
研究发现,相变点以下的固溶时效热处理得到了由初生α相+β转变组织的双态组织,具有更好的综合力学性能。随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,强度增加,塑性降低;而固溶时冷却速度越快,初生α相尺寸越小,随后的时效强化效果越大。随着时效温度的升高,析出的次生α相弥散度增大,随着温度进一步升高,次生α相合并长大,合金的抗拉强度逐渐降低,屈服强度先增加后降低。随着时效时间的延长,析出的次生α相数量和尺寸增加,随着时间的进一步延长,次生α相发生球化;合金的抗拉强度增加到一定水平后保持不变。固溶时效制度选取955℃/1h, A C+550℃/8h, A C时可使TC4-DT合金获得最优的强度和塑性匹配。
对两种轧制工艺下TC4-DT热轧板材四个面X射线衍射谱线的分析发现,单向轧制使板材不同方向上产生较为明显的织构,且普通的热处理制度无法很好的消除,而换向轧制可减弱了组织的各向异性。单向轧制所得到的板材在(002)、(101)和(103)面上衍射峰相对强度与标准卡片相比有显著差异,其中(002)面差异最大。经换向轧制及固溶时效热处理后得到的板材,各向异性有了明显的改善,使得材料的力学性能一致性更好。通过对板材各方向取得的高周疲劳试样进行分散性分析发现,单向轧制得到的板材各个方向上的疲劳寿命分散度较高,而通过换向轧制后,材料各向上的疲劳寿命的分散性有了极大的改善。
The effect of rolling process and heat treatment on microstructures and mechanical properties of TC4-DT sheets was systematically investigated by means of optical microscope observation, mechanical property test and scanning electric microscope fractography analysis. The relationship among different kinds of microstructures and properties were analyzed.
It was found that bimodal microstructure by solution and ageing treating exhibits higher strength and ductility. The primaryα-phase decreases, strength increases and ductility decreased with the solution temperature increasing when the TC4-DT alloy is heat treated in the two phase region. In addition, the faster the cooling rate, the moreα' phase will be obtained, and the strengthening effect will be increased. With the increase of aging temperature and time, the amount of secondaryα-phase increases and size becomes coarse, the yield strength increases up to the peak and then decreases, but the ductility has a little change. The best heat treatment system is 955℃/1h AC +550℃/8h AC, and the specimen will get a better mechanical properties under the heat treatment.
Texture was found in the TC4-DT sheets without cross rolling by X-ray diffraction analysis. The diffraction peaks of (002),(101)and(103)were significantly different from the card. The texture can be reduced by cross rolling. The result of the fatigue test shows that dispersion of the high cycle fatigue behavior of TC4-DT sheets can be improved by cross rolling.
研究发现,相变点以下的固溶时效热处理得到了由初生α相+β转变组织的双态组织,具有更好的综合力学性能。随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,强度增加,塑性降低;而固溶时冷却速度越快,初生α相尺寸越小,随后的时效强化效果越大。随着时效温度的升高,析出的次生α相弥散度增大,随着温度进一步升高,次生α相合并长大,合金的抗拉强度逐渐降低,屈服强度先增加后降低。随着时效时间的延长,析出的次生α相数量和尺寸增加,随着时间的进一步延长,次生α相发生球化;合金的抗拉强度增加到一定水平后保持不变。固溶时效制度选取955℃/1h, A C+550℃/8h, A C时可使TC4-DT合金获得最优的强度和塑性匹配。
对两种轧制工艺下TC4-DT热轧板材四个面X射线衍射谱线的分析发现,单向轧制使板材不同方向上产生较为明显的织构,且普通的热处理制度无法很好的消除,而换向轧制可减弱了组织的各向异性。单向轧制所得到的板材在(002)、(101)和(103)面上衍射峰相对强度与标准卡片相比有显著差异,其中(002)面差异最大。经换向轧制及固溶时效热处理后得到的板材,各向异性有了明显的改善,使得材料的力学性能一致性更好。通过对板材各方向取得的高周疲劳试样进行分散性分析发现,单向轧制得到的板材各个方向上的疲劳寿命分散度较高,而通过换向轧制后,材料各向上的疲劳寿命的分散性有了极大的改善。
The effect of rolling process and heat treatment on microstructures and mechanical properties of TC4-DT sheets was systematically investigated by means of optical microscope observation, mechanical property test and scanning electric microscope fractography analysis. The relationship among different kinds of microstructures and properties were analyzed.
It was found that bimodal microstructure by solution and ageing treating exhibits higher strength and ductility. The primaryα-phase decreases, strength increases and ductility decreased with the solution temperature increasing when the TC4-DT alloy is heat treated in the two phase region. In addition, the faster the cooling rate, the moreα' phase will be obtained, and the strengthening effect will be increased. With the increase of aging temperature and time, the amount of secondaryα-phase increases and size becomes coarse, the yield strength increases up to the peak and then decreases, but the ductility has a little change. The best heat treatment system is 955℃/1h AC +550℃/8h AC, and the specimen will get a better mechanical properties under the heat treatment.
Texture was found in the TC4-DT sheets without cross rolling by X-ray diffraction analysis. The diffraction peaks of (002),(101)and(103)were significantly different from the card. The texture can be reduced by cross rolling. The result of the fatigue test shows that dispersion of the high cycle fatigue behavior of TC4-DT sheets can be improved by cross rolling.
引文
[1]《有色金属及其热处理》编写组.有色金属及其热处理.国防工业出版社.1981.
[2]C.莱茵斯,M.皮特尔斯编,陈振华译.钛与钛合金.化学工业出版社.2005.
[3]王金友,葛志明,周彦邦.航空用钛合金.上海科学技术出版社.1985,221.
[4]郑来苏.铸造合金及其熔炼.西北工业大学出版社.1994.
[5]张喜燕,赵永庆,白晨光.钛合金及应用.化学工业出版社.2005,291.
[6]李重河,朱明,王宁等.钛合金在飞机上的应用;稀有金属.2009,33(1):84～91.
[7]周彦邦.钛合金铸造概论.航空工业出版社.2000.
[8]张喜燕,赵永庆,白晨光.钛合金及应用.化学工业出版社.2005,68～74.
[9]李辉,曲恒磊,赵永庆等.热处理对Ti-6Al-4V ELI合金厚板组织与性能的影响;稀有金属.2005,29(6):841～844.
[10]曲恒磊,周义刚,赵永庆等.中国专利号:ZL200510000975.5.
[11]曲恒磊.一种高强韧钛合金及加工方法,中国专利号:ZL03105965.1.
[12]李辉.损伤容限型TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率研究.西北工业大学.2006.
[13]李文平.钛合金的应用现状及发展前景;轻金属.2002,5:53～55.
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