时效温度对BTi-6554钛合金棒材组织及性能的影响

2022-04-29傅开屠孝斌段晓辉张晓龙赵金星宝鸡钛业股份有限公司

锻造与冲压 2022年9期

随着我国航空航天及船舶工业的不断发展，钛合金材料的使用占比越来越高，对钛合金材料力学性能要求也不断提高，除了要求高强度外，还需要有良好的断裂韧性和疲劳性能。新型高强高韧钛合金BTi-6554(Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al)是一种由宝钛集团自主研发的亚稳定β 钛合金。此合金具有综合力学性能优异、无高熔点、易产生β 偏析元素与合金性能重现性好等优点，被用来取代传统高强高韧钛合金Ti-1023、BT22 等，现以航天紧固件、兵器、赛车弹簧、海底管道等实际应用为主。作为一种亚稳定β 钛合金，BTi-6554 的力学性能对时效制度非常敏感。

本文主要研究了不同时效制度对BTi-6554 棒材组织性能的影响，试验表明，随着时效温度的提高，强度降低，塑性提高，断裂韧性提高。在所选取的热处理工艺中，热处理制度为900℃/保温2h/AC+530℃/8h/AC 时的各项力学性能较好。

试验材料及方法

试验采用真空自耗电弧炉经过三次熔炼的

1020mm 铸锭，此铸锭先在10000t 锻造机及2500t 快锻机进行了多个火次的锻造，锻造为规格

170mm 的棒材，后在3150t 锻造机锻造为规格200mm×180mm×Lmm的扁方，随后经过纵向剖开进行热处理试验。合金化学成分如表1 所示。

现阶段在泰煤家园改造中居民参与有效性不高：主要表现为一是居民参与主体缺乏组织性；二是居民参与领域信息不对称；三是居民参与方式较为被动。

高阻接地故障不同于金属性短路接地，其过渡电阻大，且不同原理的保护反映过渡电阻能力有所不同，因此高阻接地的情况给线路保护提出了挑战。一旦线路保护无法切除接地故障，在主变运行方式以及各级保护配合问题等一系列因素的影响下，将可能发生主变跳闸事故，导致停电范围扩大。因此，需要对高阻接地的特点和保护动作特性进行深入研究，以得到防止此类事故发生的技术措施。

图1 为BTi-6554 钛合金棒材在不同时效温度下热处理后的显微组织。由图1 可以观察到其显微组织均为在β 基体上分布着初生α 相和时效过程中析出的细长针状的次生α 相。并且，随着时效温度的升高，晶内次生α 相发生了明显地聚集与长大，这是由于在时效过程中发生了β →α＇+β 的转变。时效温度对元素扩散过程的影响较大，当时效温度较低时，由于元素扩散速度较慢、扩散距离较短，次生α 相在β 晶内大量弥散析出；当时效温度升高时，元素扩散加剧，扩散距离增加，导致次生α 相倾向于在β晶界、α/β 相界等位置析出，且温度越高，这种析出趋势越明显，进而导致次生α 相的尺寸随着时效温度的升高而增大。

试验结果及分析

时效对显微组织的影响

在该棒材上截取样段进行相同固溶温度900℃/2h/AC，不同时效温度的热处理试验，其方案如表2 所示。热处理后，试样按GB/T 5168-2020进行高低倍组织检验，按GB/T 228.1-2010《金属拉伸试验方法》进行室温拉伸试验，获得不同时效温度下的高低倍组织、抗拉强度、屈服强度、延伸率及断面收缩率数据，试验采用V(HF)：V(HNO

)：V(H

O)=1:3:10 的混合液腐蚀试样，在OLYMPUS GX71 型金相显微镜上观察不同温度下的组织形貌。

力学性能试验结果

首先，改革开放前历史时期为改革开放后历史时期提供了宝贵经验、理论准备、物质基础，没有改革开放前历史时期对社会主义道路的艰辛探索，改革开放后历史时期将成为无源之水、无本之木。

图2 为合金的抗拉强度及屈服强度对比图，BTi-6554 合金的抗拉强度与屈服强度随时效温度升高而下降，在一次时效后其抗拉强度先从1364MPa 降到1333MPa后降到1314MPa，屈服强度先从1284MPa降到1261MPa 后降到1233MPa。这是由于温度升高导致合金组织内α 相尺寸随温度升高而变大，α 相尺寸的增大使得合金的力学性能降低，且合金处在较长的时效时间下组织内次生α 相充分析出并长大，并且在温度越高的情况下，次生α 相也发生了更高的粗化，从而对力学性能产生影响。

图4 为合金的断裂韧性，合金的断裂韧性与合金的抗拉强度呈现较为明显的负相关，随着时效温度的增加，次生α 相含量增加，片层变厚，裂纹扩展时在合金组织中的扩展路径越长，在一次时效后断裂韧性从63.5MPa·m

提升到67.7MPa·m

。

二次时效时由于时效总时间较长，针状α 相变粗，数量减少，对裂纹扩展的阻碍作用下降，在相同温度下断裂韧性比一次时效降低，且二次时效后合金的断裂韧性也随着温度上升而提高。

在二次时效过程中因为时效总时间较长，次生α 相析出更加充分和均匀，导致合金的塑性在相同温度下相比一次时效更低，且合金在二次时效中塑性也随温度升高而降低。

同时，可以看出，在相同温度下合金在进行二次时效后抗拉强度和屈服强度比一次时效有明显的增高，且二次时效后抗拉强度与屈服强度也是随时效温度升高而下降。

本文主要对两相区加工的BTi-6554 钛合金棒材进行了β 相变点以上的固溶时效热处理，确定了力学性能和显微组织与时效温度的关系，具体结论如下：

图3 为BTi-6554 合金的断面收缩率及断后伸长率，随着温度的提升，合金的断后伸长率和断面收缩率都出现了增加，在一次时效后合金的断后伸长率从2.5%增长到4.0%，断面收缩率从6%增长到8%。随着温度的增长，合金的次生α 相析出越充分且相互聚集长大，这一过程导致合金的弥散强化程度下降并且对位错的阻碍减小，组织的变化使得塑性与强度的变化趋势出现负相关。