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超高强度钛合金分歧加工状况的构造机能剖析测试

时间:2019-05-18来源:申博太阳城浏览次数:

1、媒介:


钛合金因为低密度、高比强度及优越的耐蚀性使其在航空航天、船舶和武器等范畴获得了广泛应用[1]。高强度及超高强度钛合金因为其优秀的特性在高机能飞行器构造材估中更占领重要职位。高强度钛合金[2]是指室温拉伸强度为1100~1400MPa之间的钛合金,重要用来替代飞机构造中经常使用的高强构造钢,可减轻构造分量的40%,典范的有美国的Ti1023(Ti-10V-2Fe-3Al),该合金与飞机构造件中经常使用的30CrMnSiA高强度构造钢机能相称,具有优秀的锻造机能[3-5];Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn),该合金冷加工机能比产业纯钛还好,时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上;前苏联的BT22(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)合金其拉伸强度大于即是1105Mpa,已成功用作机身、机翼、起落架和别的高承载部件[6];国内方面,重要有北京有色金属研讨院研制出的TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al),宝鸡有色金属研讨所研制的TB3(Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al)和上海钢铁研讨所研制的TB4(Ti-4Al-7Mo-10V-2Fe-1Zr)[5]和九五时期仿造美国β-21S的TB8(Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si)等合金。超高强度钛合金[2]是指室温拉伸强度凌驾1400MPa的钛合金,用以替代超高强度钢制作飞机起落架的主承力构件,可减轻构造分量30%,现在这类合金还处在研制发展阶段,到达这类强度级别的钛合金如Ti-8V-5Fe-1Al亚稳固β钛合金,接纳疾速凝结粉末冶金工艺消费的Ti-8V-5Fe-1Al合金,其室温抗拉强度为1480MPa,伸长率为8%。


跟着古代航空飞行器对承力构件机能的请求越来越高,进步构造钛合金机能已成为研讨热门,近年来,国内外致力于开辟1400Mpa级以上的超高强β钛合金[7]。本文所研讨的一种Ti-Al-V-Mo-Cr-Zr-Fe-Nb系合金是宝钛团体有限公司自立研发的超高强度钛合金,其Kβ稳固系数约1.33,钼当量约14.2,属于近β型钛合金,棒材经固溶时效处置惩罚后的机能可达较高程度。


2、试验要领:


试验在宝钛团体有限公司消费线上完成,经真空自耗电弧炉3次熔炼后获得合金铸锭,对铸锭举行化学身分剖析并测试相变点。塑性加工分别在3150t水压机举行开坯锻造,再到SXP精锻机上举行精锻,末了经横列式轧机出Φ12.5mm×L热轧棒材,并举行固溶时效处置惩罚。同时,试验经由过程金相、力学、SEM、XRD、差热剖析等手腕对超高强度钛合金分歧加工状况的构造机能举行剖析测试。


3、试验效果与剖析:


3.1铸态构造与机能:


合金接纳真空自耗三次熔炼后,合金的身分团体散布匀称,杂质含量低于规范请求。图1为该合金用差热剖析法测定的DSC曲线及其一阶倒数曲线,从一阶倒数曲线能够比DSC曲线更明显看到三个吸热峰,前两个吸热峰与合金的ω相改变有关,第三个吸热峰是相变峰值,该合金DSC一次倒数的峰值为783.5℃,注解相变温度在783.5℃摆布。



试验对合金铸锭的光学显微构造、扫描构造、X射线衍射图谱及合金硬度举行了剖析测试,重要效果以下。图2(a)为合金铸态的光学显微构造,能够看出,合金由粗大的铸态构造构成,均匀晶粒尺寸约1000-2000μm,合金晶界粗黑,晶内也散布着狼藉的黑色相。为进一步剖析合金的相散布,对合金举行了XRD剖析(图3)及扫描剖析,经由过程剖析发明,合金含有相和β相的特性峰,光学构造中显示的粗晶界,在扫描构造中能够看出为β晶界的马氏体相,构成马氏体相的原因是合金低的Cr和Fe元素含量,β相重要改变为斜方晶格马氏体。从图2(b)中能够看出,α相在β晶内和晶界都有析出,个中,a相在晶内呈较为弥散的点状析出,而在晶界则呈现为线状。进一步SEM高倍视察(图2 c、d)注解,这些晶内呈点状析出的a相实际上是由异常微小的、互成60“夹角的”短针“构成,在较大的β晶粒内弥散散布;而晶界处a相则多呈相互平行的针状散布,并向β晶内偏向发展。


因为含有一定量的斜方马氏体相,合金的硬度可达295HV摆布。



3.2锻态构造与机能:


合金经多火次开坯锻造后,合金锻态构造与铸态构造比拟,α相重要沿β晶界针状析出,而且α相在β晶内散布明显削减,原锻造构造发生了一系列的转变,削减或消除铸锭的铸态缺点,同时因为锻造的作用,细化了钛合金的晶粒,但边部与中间晶粒散布不匀,从图4(a、b)中能够看出,边部晶粒比中间微小匀称,中间晶粒尺寸较大,而且散布不匀,有微小的再结晶晶粒和粗大晶粒构成混晶构造,均匀晶粒尺寸约为400~500μm。比拟铸态和锻造开坯后的晶粒构造,精锻的晶粒明显细化了,晶粒尺寸约为100μm,而且构造散布也对照匀称。


紫外线曝光机作用及曝光方式

紫外线曝光机是指通过开启灯光发出UVA波长的紫外线,将胶片或其他透明体上的图像信息转移到涂有感光物质的表面上的机器设备。在计算机的控制下,利用聚焦电子束对有机聚合物(通常称为电子抗蚀剂或光刻胶)进行曝光,受电子束辐照后的光刻胶,其物理化学性质发生变化,在一定的溶剂中形成良溶或非良溶区域,从而在抗蚀剂上形成精细图形。 曝光机即电子束曝光机是集电子光学、电气、机械、真空、计算机技术等于一体的复杂的半导体加工设备。曝光机是20世纪60年代初从扫描电子显微镜基础上发展起来,70 年代以后广泛应用于半导体集成电路制造业。在集成电路集成度不断提高的过程中,集成电路制造技术起着不可替代的作用。集成电路制造流程繁多、工艺复杂,其中一道工艺是将设计好电路版图转移到硅片上形成集成电路。这一工艺就是光刻技术,使用的主要设备是光刻机。光刻机的分辨率和套刻精度直接决定了所制造的集成电路的集成度。而且光刻机的研制涉及光学、机械、精密测量、控制等技术,所以是整个集成电路制造中最复杂和精度最高的设备之一,也是最关键的设备之一。 三种曝光方式 1、接触式曝光 接触式曝光指掩膜板直接与光刻胶层接触。曝光出来的图形与掩膜板上的图形分辨率


图5为合金经锻造后,棒材截面上的硬度值散布状况。能够看出,粗锻棒材的硬度值在360HV摆布,个中边部的硬度值比中间部位的硬度值高,且从边部到中间呈递减趋向。这是因为粗锻的变形不克不及完整匀称的渗透到中间,边部的变形量比中间的变形量大,试验中视察到边部的晶粒要比中间部位的晶粒微小,以是边部硬度较高。合金经精锻后硬度到达380HV,边部的硬度值与中间部位的硬度值基础没有转变,截面上硬度散布较为匀称。这是因为精锻的变形已完整匀称的渗透到中间,试验中视察到边部的晶粒与中间部位的晶粒巨细也基础一致。同时,锻造态的硬度与铸态比拟,有了较大幅的提拔,这重要与α相析出有关。


3.3热轧态构造与机能:


合金热轧棒材的显微构造如图6(a)所示,能够看出,晶粒已被充足破裂,晶界迂回而不一连,晶粒进一步细化,均匀晶粒尺寸约为20μm。热轧后的XRD剖析(图6 b)注解,热轧后合金为单相的β构造,这重要因为热轧温度在相变点以上,棒材规格小、冷却速率很快,基础保存热轧温度下的β相构造。


对热轧棒材举行室温拉伸机能测试,其抗拉强度达RM=861MPa摆布,延伸率达A=17.5%摆布,具有β合金的可冷加工特性。



3.4热处置惩罚后的构造机能


图7为合金热轧棒材经固溶时效处置惩罚后的显微构造,从图a、c中能够看出,当合金在800℃∕30min.AC固溶处置惩罚后,合金从新形核并长大,在相变点以上固溶获得的是匀称单一的等轴β相。如图b、d所示,固溶处置惩罚后的合金再经460℃∕10h.AC时效处置惩罚后,合金从β基体内析出弥散散布且匀称微小的α相,β相晶界变得隐约,从高倍的SEM(图7d)图片中能够看出,呈匀称微小散布的α相是以短片状的情势相互平行或垂直散布于β基体内。


对热处置惩罚后的棒材举行机能测试,效果注解,合金经由800℃∕30min.AC 460℃∕10h.AC固溶时效处置惩罚后,其机能可到达RM=1509MPa,R0.2=1349MPa,A=7.84%的程度,这重如果因为合金构造中析出大批的片层状α相,构造匀称细化,使其强度和塑性到达最好。



4、结论:


(1)铸态合金的晶粒散布不匀,对照粗大,晶粒直径巨细约为1000~2000μm,且β晶内和晶界都有α相析出;经由锻造,合金晶粒细化到100μm,α相重要沿β晶界针状析出,β晶内散布明显削减;再经热轧后,晶粒进一步细化到20μm摆布,合金为单相的β构造。


(2)合金经精锻后,棒材截面上的硬度散布较开坯锻造时匀称,硬度值较开坯锻造时的360HV有所进步,较铸态的295HV明显进步,到达380HV。


(3)合金经热轧后抗拉强度为RM=861MPa,延伸率为A=17.5%摆布,经800℃∕30min.AC 460℃∕10h.AC固溶时效处置惩罚后,大批匀称微小的α相由β基体内析出,且以短片状的情势相互平行或垂直散布个中。同时,合金机能到达RM=1509MPa,R0.2=1349MPa,A=7.84%的程度。

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