初生α含量對(duì)Ti-6Al-4V鈦合金拉伸性能的影響

  Ti-6Al-4V為(α+β)鈦合金,主要應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、外科植入物及海洋化工等領(lǐng)域。科研人員試圖通過熱處理制度的改變,調(diào)整合金中初生α相的含量,即改變?chǔ)僚cβ兩相的相對(duì)比例,并研究材料拉伸性能的變化。

  選用Φ15mmTi-6Al-4V鈦合金軋制棒材,棒材橫截面積原始組織為等軸組織。試驗(yàn)用合金的具體化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%):Al5.5~6.75,V3.5~4.5,F(xiàn)e0.25,O不大于0.18,C不大于0.05,N不大于0.05,H不大于0.012,基體Ti。對(duì)該合金的棒材分別經(jīng)過925、915、905和750℃加熱,保溫1h的熱處理制度。空冷后獲得初生α相含量(體積分?jǐn)?shù),%)分別為64、71、76和81的等軸組織。

  在熱處理后的棒材上沿軸向取Φ6mm的試樣,然后在INSTRON5885試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行力學(xué)性能及彈性模量測(cè)試。顯微結(jié)構(gòu)分析在AXIOVERT200MAT型金相光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行。

  室溫力學(xué)性能的拉伸加載速度為屈服前0.005mm/min,屈服后8mm/min。彈性模量的測(cè)量方法為均速加載至約500MPa時(shí)卸載,重復(fù)多次后求平均值。金相腐蝕劑配比:5%HF+10%HNO3+85%H2O,觀察顯微結(jié)構(gòu)的放大倍率為500倍。試驗(yàn)結(jié)果表明:

  (1)Ti-6Al-4V中初生α含量在64~85%范圍內(nèi)彈性模量E值的變化不大,隨初生α含量的減少,E值略有提高,為109GPa。彈性模量的實(shí)際變化取決于組織的性質(zhì)和強(qiáng)度。一般情況下,β相的彈性模量E比α相的值低,且對(duì)于含有β相穩(wěn)定元素的鈦合金(如Ti-6Al-4V中的V元素),穩(wěn)定元素含量(0~10%)的提高會(huì)降低E值。相反的,常見的α相穩(wěn)定元素Al可增加α相的彈性模量。所以,元素組成及含量也是影響E值的主要因素之一。但有資料表明,時(shí)效處理后,由于彌散強(qiáng)化,強(qiáng)度和E值會(huì)有所提升。

  (2)不同熱處理制度下,初生α含量隨退火溫度的升高而降低,同時(shí)伴有晶粒的長大,強(qiáng)度指標(biāo)(Rm、Rp0.2)隨初生α含量降低而降低。相反的,塑性指標(biāo)(A、Z)略有提高,同時(shí)屈強(qiáng)比降低。

  (3)塑性指標(biāo)隨初生α含量的減少而略有提高,這與屈強(qiáng)比降低后,塑形指標(biāo)提高的理論相吻合。