Ti-6Al-4V合金氢致塑性效应与应用

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252011V01．32No．81563·1568ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000一6893(2011)08—1563—06Ti一6AI一4V合金氢致塑性效应与应用王耀奇1’*，侯红亮1，孙中刚21．中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，北京1000242．大连理工大学材料科学与工程学院，辽宁大连116085摘要：利用光学显微镜

2、研究了置氢处理后Ti一6Al一4V合金的微观组织，通过X射线衍射分析试验研究了置氢处理过程中的相转变过程；采用室温压缩试验研究了置氢处理后Ti-6Al-4V合金的变形行为，并进行了冷镦试验。结果表明，氢促进了，马氏体与亚稳p相的形成，亚稳p相的形成与转变是Ti一6AI一4V合金变形性能提高的主要因素；在氢含量为0．60％～o．90％时，与原始合金相比，峰值应力降低60MPa，压缩极限提高40％以上；氢含量为0．80％时，通过冷镦成型制备了直径为彩10mm的Ti-6Al一4V合金90。沉头螺钉。关键词：钛合金；Ti-6A1-4V

3、合金；置氢处理；微观组织；变形行为；沉头螺钉中图分类号：V250．2；TGl46．2+3文献标识码：A钛合金紧固件具有重量轻、比强度高、耐腐蚀和疲劳性能好等综合性能，能够满足现代先进飞机在减重、耐腐蚀及耐疲劳等方面的要求，并且钛合金紧固件还是复合材料关键结构的最佳连接件，因此在飞机、导弹和火箭等高速飞行器上得到了广泛应用n]。作为主要的钛合金紧固件材料之一的Ti一6Al一4V合金[z]，它的冷塑性很差，不能进行冷成型，因而其紧固件只能采用热镦法进行，尤其对于大尺寸的紧固件，如巧8～16mm的螺栓的热镦温度范围为700～750℃

4、。然而热镦时材料在热作用下，组织结构将发生恶化，极大地影响所获紧固件的机械性能，同时热镦模具在热与循环载荷的作用下，使用寿命降低，生产成本增加[3]。因此提高Ti．6Al一4V合金室温塑性，实现其紧固件的室温成型，具有重要的工程意义与应用价值。氢处理技术是近年来改善钛合金性能的一种新方法，它是利用氢作为临时合金元素，通过不同的处理工艺来改变合金的相成分和组织结构，从而改善合金的各种加工性能E4-93。在室温增塑方面，俄罗斯学者Tsiolkovky在淬火后的BTl5和BT30型钛合金中观察到低温氢增塑现象，原始试样初始裂纹出现前

5、的镦粗极限变形约为60％，当试样中氢的质量分数达到0．11％时，镦粗压扁至锋利边缘的薄饼，在其侧面未出现任何裂纹。《标准件》科学生产联合公司已将低温氢增塑使用在淬火的BT30合金托板螺母的生产上，在BTl6合金大直径螺栓的生产中采用可逆的氢合金化，已将热镦改为冷镦[1⋯。不仅如此，俄罗斯学者Ilyin等[11]在淬火后的a+8钛合金中也观察到低温增塑现象。国内在这方面也开展了相关的研究工作，并且取得了一定的研究进展[1纠“。笔者在前期研究工作的基础上，优化了置氢处理工艺，系统研究了置氢处理过程中Ti一6AI-4V合金的组织转变

6、规律以及置氢处理后Ti-6A卜4V合金的室温压缩性能，并进行了冷镦试验，制备了直径为万10ITIITI的90。沉头镙钉，并对试验结果进行了验证。收稿日期：2010-11-18：退修日期：2011-01—14；录用日期：2011-03-01；网络出版时问：2011-03—1017：11：21网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110310．1711．003．htmlD0l：CNKI：11·1929／V．20110310．1711．003*通讯作者．Tel．：010—857012

7、54E-mail：xiaoqigh@sina．corn硪用撂武

8、王耀奇．蓑红亮．孙中剐?Ti-6AI-4V合金氢致塑性效应与应精￡JI．航空学报。2011．32(8)：1563．1568．WangYaoqi，HouHongliang．SunZhonggang．PlasticeffectofhydrogenatedTi-6AI-4ValloyanditsapplicationC以．ActaAeronauticaetAstronauti-caSinica。2011．32(8)：1563—1568．航空学报Aug252011Vol3

9、2No8l试验材料及方法试验材料为宝鸡钛业股份有限公司生产的退火态的Ti6AI4V合金棒材，其直径为巧10film，材料的微观组织为片状a+B相，如图1所示。罔1Ti6AI4V台盒金相组织Fig1MetallurgicalstructureofTi一6AI一4VMloy置氢处