钛合金紧固件在飞机上使用不仅能够达到减重、、耐侵蚀的主张,并且是钛合金构件与碳纤维复合伙料构件衔接的最佳衔接件[1,2]。。。TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)钛合金属于α+β两相合金,通过热轧或热拉拔加工成棒材和丝材,大量用于制备航空紧固件[3-5]。。。退火态TC16钛合金棒材或丝材拥有优良的冷加工塑性,其室温冷镦比达到1∶4,冷镦后可直接使用或固溶时效后使用[6-8]。。。张青来等[9-11]对TC16钛合金熔炼工艺、、铸造、、热轧、、热处置规范以及组织机能和冷镦成形等方面进行了大量的前期尝试钻研,所研制的TC16热轧棒材经退火处置后拥有优异的室温成形机能,如断面收缩率达到64%,冷镦变形量达到80%。。。冷变形对资料力学机能拥有显著的影响,如冷变形量的增长以至BT-14和近α型TC2钛合金板材抗拉强度和硬度得以提高[12,13]。。。经检索,国内关于α+β两相TC16钛合金的钻研重要集中在其棒材和丝材的加工方面,鲜有关于其冷轧板材轧制的报道。。。

以TC16钛合金热轧棒材为钻研对象,通过冷轧尝试钻研TC16钛合金冷轧成形机能,分析冷轧板材的组织与力学机能,为今后TC16钛合金板材冷轧工艺开发提供必要的技术支持。。。

1、、尝试

选取真空自耗电极溶解炉3次重熔制备直径为210mm的TC16钛合金铸锭,其化学成分如表1所示。。。铸锭在β相区开坯,起头和实现温度别离节制在1150和800℃左右,之后热锻和轧制成直径为7.72mm的棒材。。。为了提高TC16钛合金棒材的冷镦机能,凭据前期的钻研了局,本尝试首先对TC16钛合金棒材进行退火处置:将热轧棒材加热至780℃,保温2h后,随炉冷却至500℃时空冷。。。利用磨床去除热处置棒材理论氧化层。。。经拉伸和冷顶锻试验,退火态TC16钛合金棒材机能如表2所示。。。

选取两辊轧机对直径为7.72mm的退火态TC16合金棒材进行纵向多道次冷轧板材试制试验,以观察合金冷轧成形机能和冷轧变形量对其组织与机能的影响。。。

从冷轧板材上截取试样。。。金相试样经过镶嵌、、粗磨、、精磨和抛光,选取Kroll试剂(HF、、HNO3和H2O按体积比1∶2∶50混合)侵蚀。。。利用LEICADM2500M型正置光学显微镜(OM)和JEOLJSEM-7001F型高分辨扫描电镜(SEM)观察和分析资料的微观组织。。。由于冷轧板材尺寸限度,拉伸试样选取非尺度,其尺寸(mm)如图1所示。。。拉伸机能测试选取KX-WDW3200全能试验机实现。。。使用HVS-1000Z型自动转塔数显显微硬度计,沿板材横断面取3~5个点丈量显微硬度,加载载荷为4.9N,保压功夫为15s。。。

利用D8ADVANCE型X射线衍射仪对试样进行物相分析,选取2θ角陆续扫描模式,电压和电流别离为40kV和200mA,扫描速度为4°/min,扫描领域为30°~90°。。。

2、、了局与分析

2.1冷轧尝试了局

退火态TC16合金的纵向多道次冷轧板材试制了局批注,当冷变形量为73%时,仅在冷轧板材头部出现微裂纹(见图2a),板材其他部位未见任何缺点出现;冷变形量达到79%时,板材头部裂纹向内扩大(见图2b),即冷轧变形达到极限,与前期该合金冷镦极限变形量80%[10]了局吻合。。。因而,对TC16钛合金进行适当的退火处置,利用其优异的冷镦成形机能,齐全能够执行冷轧加工,以包办传统的热轧工艺。。。

2.2微观组织

图3所示为分歧冷轧变形量后TC16冷轧板材SEM照片。。。退火后的热轧TC16钛合金棒材组织由藐小的等轴α晶：：：挺孪嘧槌,如图3a所示。。。经过冷轧后,随着冷轧变形量的增长,α晶粒沿轧制方向逐步被拉长、、破碎,最后齐全造成纤维状。。。当冷轧变形量为18%时,合金内组织变形不均匀,由原始的等轴α晶：：：屯淝淮碜处辆ЯＲ约唉孪嘧槌,如图3b所示;当冷轧变形量为39%~47%时,等轴α晶粒被拉长,存有肯定数量的未充分变形的α晶粒,如图3c和3d所示;当冷轧变形量为73%~79%时,等轴α晶粒齐全被拉长成纤维状,但仍存

有极少量的未充分变形的α晶粒,且组织散布均匀,如图3e和3f所示。。。

图4为TC16冷轧板材的金相组织。。。由图4可见,冷轧板材组织为与压缩轴线方向垂直的纤维状组织;随着冷轧变形量的增长,β相比例增长,出格是冷轧变形量达到73%以来,可观察到显著的玄色带状组织,这些玄色带状组织险些全数为β相。。。β或亚稳β钛合金剧烈冷轧变形后,组织中除了纤维组织和孪晶外,在高倍透射电镜(TEM)下还可观察到形成的高密度位错[14,15]。。。

2.3XRD物相分析

图5为分歧冷轧变形量TC16冷轧板材的XRD图谱。。。从图5能够看出,冷变形量为18%时,在2θ角56°左近出现少量的α″马氏体相[16];变形量大于73%时,α相和β相峰值强度均得到加强,除了56°左近出现少量的α″马氏体相外,在45°左近发现新的α″马氏体相峰,其峰强度随着变形增长而加强,注明在剧烈的冷变形后产生了数量较多的α″马氏体相。。。

2.4显微硬度和力学机能

2.4.1显微硬度

为了注明冷变形对TC16钛合金强化的影响,在冷轧过程中对分歧冷轧变形量板材别离取样进行显微硬度测试,了局如图6所示。。。由图6可见,TC16冷轧板材显微硬度随冷轧变形量增大而增长,产生了冷变形强化,其强化水平取决于变形量巨细[17]。。。

当冷变形量为39%时,维氏显微硬度为3.07GPa,相比原始态显微硬度(2.96GPa)提高了3.72%;此时应力诱发的α″马氏体相含量很少(见图5),对其硬度影响较小;之后显微硬度急剧增长,当冷变形量为73%时,显微硬度为3.40GPa,增长了14.86%,合金板材获得了显著的冷形变强化。。。除了冷加工硬化和形成的高密度位错外,产生的数量较多的α″马氏体相也是其影响成分之一。。。

2.4.2力学机能

图7为分歧变形量TC16钛合金板材的室温拉伸应力-应变曲线。。。由图7可观察到,热轧棒材经780℃保温2h,随炉冷却至500℃空冷后,其室温拉伸应力随应变的增长急剧达到最大应力(900MPa),之后随应变增长而缓慢减小,产生显著的缩颈,最后断裂,延长率和断面收缩率别离达到16%和64%。。。分歧变形量的冷轧板材室温拉伸应力-应变曲线出现“双屈服”景象(图7中箭头所示),第一屈服点“A”是由于少量的亚稳β相在应力驱策下转造成α″马氏体,即β→α″马氏体相变;随着应变的增长,天生新的α″马氏体所必要的应力超过了α相或β相屈服强度,应力诱发相变终场,出现第二屈服点“B”。。。

随着冷轧变形量的增长,抗拉强度(最大应力)相应增长,获得分歧水平的应变强化。。。当冷变形量为73%时,冷轧板材拉伸断面收缩率为43.85%,伸长率则为15.96%,抗拉强度为1098.7MPa(约提高22%)。。。TC16冷轧板材得到显著的加工硬化(形变强化),这重要是由于剧烈的冷变形后形成的纤维结构、、高密度位错和应变诱发形成的α″马氏体相所致。。。

3、、结论

(1)利用退火态TC16钛合金优异的冷镦机能,对其进行多道次冷轧试制,最大冷轧变形量达到79%,此时板材理论无任何缺点,仅在板材端部出现裂纹。。。因而,α+β型TC16板材冷轧加工是可行的。。。

(2)随着冷轧变形量的增长,α晶粒沿轧制方向逐步被拉长、、破碎,最后齐全造成纤维状。。。当冷轧变形量大于73%时,形成散布均匀的纤维状组织,组织中有极少量未充分变形的α晶粒,并产生因剧烈应变诱导的α″马氏体相。。。

(3)TC16冷轧钛板材室温拉伸应力-应变曲线出现“双屈服”景象,即产生β→α″马氏体相。。。冷变形量为73%时,合金抗拉强度和显微硬度别离提高了约为22%和14.86%,得到显著的冷形变强化。。。

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