高强高韧损伤容限钛合金热机械处理工艺研究

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1、摘要本文通过试验对TC21钛台金的锻造工艺及锻后热处理工艺做了系统的研究。研究发现TC21钛合金采用第一火T。+15。c准13锻造，第二火采用T。加热的准B模锻工艺能获得最佳的综合力学性能及损伤容限性能；锻后热处理采用900℃×lh+(570℃．590℃)×4h的热处理制度能最大程度的保持原始网篮组织并获得细小致密的二次d相。研究表明，TC21钛合金经近B自由锻造与准13自由锻造后得到的组织分别为双态组织和典型的网篮组织。准13锻造工艺在强度、塑性以及疲劳裂纹扩展速率相差不大的情况下与近B锻造工

2、艺相比能获得较高的断裂韧性。通过对5种不同准13锻造工艺参数的研究发现，合会的强度随第二火锻造温度升高而升高，塑性和强度的变化趋势相反，而断裂韧性和裂纹扩展速率相差不大。另外，第二火70％的大变形量对网篮组织形貌的变化影响不大。在模锻工艺深化研究中，采用第一火锻造温度T。十150C，第二火锻造温度T。+15。C及T。两种方案，并通过对其力学性能、显微组织及疲劳裂纹扩展速率的分析发现后者的综合力学性能优于前者，在强度、塑性和韧性的搭配上比较合理。第一次退火温度影响着台金最终显微组织中初生n相形态。

3、随第一次退火温度升高，合金中网篮组织中片状a相逐渐有逐渐变成短棒状的趋势。合金在TB．50。C第一次退火可最大程度使第二次退火后的组织保持网篮组织，从而获得优异的综合力学性能以及损伤容限性能匹配。次生。相的形态随着第二次退火温度的升高而变长变粗。因此合金的强度随第二次退火温度的升高而降低，拉伸塑性则随着第二次退火温度的升高而增加。在570。C和590℃第二次退火时可以得到比较细小致密的二次a相，因而也应获得最优的力学性能。第二次退火时间也影响着合金中次生a相的数量、尺寸和形态，但效果不如第二次退

4、火温度对其的影响明显。合金在590。C第二次退火4小时次生Q相比较致密细小。之后，次生a相开始逐渐增粗变厚，超过16小时后没有明显变化。因此，合金的第二次退火时间应在4小时左右比较适宜。关键词：TC21钛合金损伤容限准13锻造工艺锻后热处理ABSTRACTThispapercarriedoutsystematicstudyontheforgingtechniqueandpost—forgingheattreatmentofTC21titaniumalloy．Theresultsshowsthat

5、TC21alloycouldgetoptimumoverMlmechanicalpropertiesanddamagetolerantpropertiesadoptingthequisi一8forgingtemperatureofTB+15。CforthefirsttimeforgingandTdforthesecondtimeforging；Thebestpost—forgingheattreatmentunderstudyis900℃×lh+(570"C一590℃)X4hwhichcould

6、keepbasketweaveatmaximumextentandgetfineandcompactsecondprecipitatingdphase．ThemicrostructuresofTC21alloyundergonenear-pforgingandquisi一6forgingwerebimodelandtypicalbasketweaverespectively．Quisi—Dforgingtechniquecouldgetbetterfracturetoughnesswhileke

7、epingstrength，plasticityandfatiguecrackpropagatonrateatthesainelevelwithneBl'-[1forgingtechnique．Furtherinvestigationonquisi—pforgingtechniquefocusesonfivedifferentcompoundquisi—pforgingparameters．ItisfoundthatthestrengthofTC21alloygrowshigherwhenthe

8、forgingtemperatureofthesecondtimeforgingrises，andthetrendofplasticityiscontrarytothatofstrength．butthereisliRledifl、erenceforfracturetoughnessandfatiguecrackpropagationrateofthetwotechniques．Moreovergreatdeformationamountto70％didn’tchangethebasketwea