航空用高强度BT22钛合金的研发和应用

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1、航空用高强度BT22钛合金的研发和应用DevelopmentandApplicationofHighStrengthTitaniumAlloyBT22inAviationIndustry北京航空材料研究院赵红霞成都飞机工业集团有限责任公司虞文军[摘要】BT22钛合金是退火状态下强度最高的高强度结构钛合金，不受淬透性的限制，特别适合制造大锻件，在航空领域应用广泛。本文对BT22钛合金的热处理、性能和组织、选材应用等几个方面的研究现状进行了综合评述。关键词：高强度结构钛合金循环热处理淬透性力学性能lABSTRACTlBT22isadaptedformanufactureoflargeforging

2、sasitshigheststrengthafterheattreatmentinthehi曲strengthtitaniumalloys，whichiswidelyusedinaviationindustry．Thestatementofheattreatment，me．chanicalpropertiesandapplicationsofBT22areanalyzedinthispaper．Keywords：HighstrengthtitaniumalloyCircleheattreatmentHardenabilityMechanicalproperties高强度结构钛合金BT22是高合

3、金化的口彬型钛合金，名义成分为Ti一5A1—5Mo一5V一1Cr-lFe，名义成分下的铝当量为5．0，钼当量为11．76，相的转变温度为(870±20)℃。BT22钛合金退火强度在1080MPa以上，是退火状态下强度最高的钛合金，该合金退火状态下的组织中具有数量大致相等的6c相和卢相。该合金退火后具有良好的焊接性能，可以采用多种焊接方式进行焊接，其最高工作温度为4000c⋯。该合金一般在退火状态下使用，也可以通过同溶时效进行强化，其主要半成品包括板材、棒材、管材、紧固件、挤压型材和锻件口】。在飞机结构中用BT22钛合金代替高强钢或Ti一6A1—4V合金，可减重15％～20％。l工艺性能1．1热

4、处理工艺为保证BT22钛合金强度、塑性和韧性的最佳匹配，应按复杂的双重退火制度进行退火。俄罗斯热处理说明书规定该合金的双重退火制度为：820～850。C．1。3h。空冷；然后加热到500。650。C，2—6h，空冷。BT22钛合金第一级退火的主要目的是控制初生6c相形态及其体积分数。研究表明，随着退火温度的升高，初生a相明显粗化，且比例减少，口相比例相应增多，导致合金的抗拉强度上升，塑性下降，在820。C下退火时塑性和断裂韧性最高。第二级退火的目的是控制次生a相形态及其体积分数。BT22合金力学性能对第二级退火温度变化的敏感性远远超过对第一级退火温度变化的敏感性，通过调整第二级退火温度可获得理

5、想的强度、塑性和断裂韧性的匹配。随着第二级退火温度的上升，次生a相明显粗化，这是导致强化效果减弱、塑性和断裂韧性提高的主要原因。循环退火使BT22片状初生a相明显粗化，这对提高断裂韧性是有好处的。在强度、塑性不损失的前提下，循环退火可使断裂韧性K，。明显提高pl。研究表明，固溶温度和冷却方式对合金强度也有很大影响。不同固溶温度下，冷却方式对固溶后合金强度的影响规律是一致的，即水冷强度最低，空冷略高，炉冷最高，同时低温固溶的强度均略高于高温固溶强度。其中，经600。C时效后，高温同溶(835oC)空冷及水冷的试样强化效果十分明显，时效后合金强度达1350MPa左右，比同溶后至少提高400MPap

6、“。1．2热变形温度对BT22钛合金显微组织的影响热变形温度是决定钛合金锻件高低倍组织和力学性能的重要因素。在变形温度升高的过程中，BT22合金强度变化不大，均在1200MPa左右；而塑性、冲击韧性以及断裂韧度等性能指标对热变形温度变化反应敏感。两相区变形时获得双态组织，合金的塑性和冲击韧性较高，但断裂韧度偏低；声区变形时获得片状组织，合金具有较高的断裂韧度，但塑性和冲击韧性较低；在相变点附近变形时容易导致合金组织和性能出现不均匀性t5]。1．3焊接性能BT22钛合金可以用氩弧焊、电子束焊和等离子焊等多种方式焊接，焊接接头强度为基体金属强度的0．80，0．85。用氩弧焊、电子束焊、点焊和缝焊焊

7、接零件2010年第1期·航空制造技术85学术论文REsEARcH及组合件应进行完全退火，从焊接开始到完全退火之间速冷却时，得到大量∥相和少量等轴6c相；从∥相区快的时间间隔不应超过20昼夜。为减小焊接时产生的残速冷却时，得到单一∥相组织，不发生马氏体转变p1。余应力，焊接接头也可以进行去应力退火，其退火温度为了满足不同的设计需求，结构钛合金通常选用等与机械加工零件去应力退火的温度相同㈣。轴、双态和