前言

TA18名義化學(xué)成分為T(mén)i-3Al-2.5V，屬近α型鈦合金，是一種介于純鈦和TC4之間的中等強(qiáng)度鈦合金，其焊接性能和冷成型性能均優(yōu)于TC4，高強(qiáng)TA18合金管材一般在冷加工后去應(yīng)力退火狀態(tài)下使用。其最高工作溫度約為315℃。管材主要用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓及燃油等管路系統(tǒng)。

TA18合金成品管材的去應(yīng)力退火制度如何制定，才能發(fā)揮材料的最佳使用性能，對(duì)管材的應(yīng)用具有重大意義。

本實(shí)驗(yàn)研究了不同退火制度對(duì)TA18合金管材力學(xué)性能的影響，為T(mén)A18管材生產(chǎn)工藝的制定提供依據(jù)。

1、實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)所用材料為經(jīng)過(guò)3次真空白耗熔煉制備的鑄錠，其化學(xué)成分符合GB/T3620.1規(guī)定，鑄錠經(jīng)鍛造后擠壓成軋制用管坯。擠壓管坯經(jīng)兩輥多道次軋制開(kāi)坯和三輥多道次軋制出成品管材。成品管材經(jīng)表面處理后成實(shí)驗(yàn)所用管材。

去應(yīng)力退火溫度一般選擇在再結(jié)晶溫度以下50~200℃，故合理制定了25種不同的退火制度進(jìn)行去應(yīng)力退 火實(shí)驗(yàn)。1)退火溫度不變，改變保溫時(shí)間，研究保溫時(shí)間對(duì)性能的影響；2)保溫時(shí)間不變，改變退火溫度，研究退火溫度對(duì)性能的影響。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及理論分析，加熱溫度分別設(shè)為410℃、430℃、450℃、470℃、490℃五個(gè)溫度點(diǎn)，保溫時(shí)間選擇為1h、2h、3h、4h、5h五個(gè)保溫時(shí)間段。對(duì)不同退火制度后的成品管材上分別取2個(gè)拉伸試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，得到各種退火制度下的強(qiáng)度數(shù)據(jù)(R_m、R_p0.2)、塑性數(shù)據(jù)(A₅₀)。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1保溫時(shí)間對(duì)管材力學(xué)性能的影響

在相同加熱溫度下，對(duì)管材進(jìn)行不同時(shí)間段的保溫，去應(yīng)力退火后力學(xué)性能見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，在5種不同的加熱溫度下，隨退火保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，管材強(qiáng)度(R_m、R_p0.2)均略有降低；延伸率有一定程度的升高，保溫時(shí)間為3h時(shí)處于中值。保溫時(shí)間在1h到3h階段強(qiáng)度和延伸率的變化幅度較大，延伸率上升幅度較為明顯，而當(dāng)延長(zhǎng)至4h和5h時(shí)，此階段強(qiáng)度降低相對(duì)較小，延伸率提高幅度也較小。這是由于隨退火時(shí)問(wèn)的延長(zhǎng)，在剛開(kāi)始保溫階段，冷變形所產(chǎn)生的畸變能釋放的較快，材料殘余應(yīng)力消除也越明顯，合金內(nèi)部的位錯(cuò)密度降低，管材軟化程度越高，材料強(qiáng)度下降較明顯；而當(dāng)保溫時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，殘余應(yīng)力基本趨于穩(wěn)定，即使時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，材料性能也不會(huì)有較大變化。

2.2退火溫度對(duì)管材力學(xué)性能的影響

在保溫時(shí)間一致的情況下，不同退火加熱溫度下管材的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，在410—490℃加熱區(qū)間內(nèi)，退火加熱溫度對(duì)管材強(qiáng)度(R_m、R_p0.2)影響較保溫時(shí)間的影響小，雖然也是呈下降趨勢(shì)，但總體趨勢(shì)較緩，溫度從410℃到490℃變化時(shí)，前階段強(qiáng)度下降較明顯，而后階段下降趨勢(shì)變緩；延伸率隨退火溫度的提高呈上升趨勢(shì)，當(dāng)達(dá)到470℃時(shí)，延伸率基本不變，甚至有降低現(xiàn)象。這是由于材料內(nèi)部吸熱能達(dá)到大部分殘余應(yīng)力的松弛激活能時(shí)，殘余應(yīng)力快速釋放，但會(huì)隨加熱溫度的提高及保溫時(shí)間的延長(zhǎng)逐步放緩。又由于TA18鈦合金中含有一定量β穩(wěn)定元素V，退火溫度過(guò)高可能會(huì)形成亞穩(wěn)相，在后續(xù)析出硬而脆的時(shí)效ω相，這種ω也會(huì)使得材料塑性下降。

3、結(jié)論

(1)TA18鈦合金管材在410℃一490℃×1h一5h退火時(shí)，隨退火溫度的升高、保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，管材抗拉強(qiáng)度

及屈服強(qiáng)度降低，延伸率提高；保溫時(shí)間對(duì)管材強(qiáng)度的影響大于加熱溫度，而對(duì)延伸率的影響加熱溫度的變化相對(duì)較顯著。

(2)TA18鈦合金管材在410℃一490℃加熱時(shí)，保溫時(shí)間超過(guò)4h時(shí)，性能基本趨于穩(wěn)定；當(dāng)保溫時(shí)間在1h～ 5h變化時(shí)，加熱溫度超過(guò)470℃時(shí)，材料性能趨于穩(wěn)定。

(3)TA18鈦合金管材去應(yīng)力退火制度選擇在450～500℃×3h一5h時(shí)，能較好地滿(mǎn)足高強(qiáng)度TA18鈦合金管材使用性能的相關(guān)要求。

參考文獻(xiàn)：

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