TC21钛合金

前言TC21为高强高韧钛合金,名义成分为Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb,是目前我国高强高韧钛合金综合力学性能匹配较好的钛合金之一,可用于航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位,以及对强度及耐久性要求高的重要或关
键承力部件的制作。

利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的
组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800~920℃温度范围和0.01~1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。

结果显示,与TC21钛合金相比, TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H 钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相
比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善钛合金氢处理是利用氢的可逆合金化作用,通过合理控制合金中的氢含量及其存在状态,在不改变材料整体状态的前提下,形成有利于改善加工性能的组织结构,改善钛合金加工性能的一项新技术,近些年,受到国内外学者的广泛关注,在置氢组织转变、置氢塑性加工、切削加工、连接加工以及
采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固
溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。

结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。

随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。

当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状
晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。

综述了高强高韧损伤容限型钛合金TC21的热加工行为研究进展。

重点介绍了热加工及热处理工艺参数对TC21钛合金的相组成、显微组织与力学性能、损伤容
限性能等方面的影响。

指出TC21钛合金在国内某些领域已经得到了应用,但有待进一步研究与开发。

言TC21钛合金是我国自行研制的具有自主知识产权的新型高强韧损伤容限型钛合金[1],它是(Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Ni-Si)八元系的两相钛合金,化学成分与美国的Ti62222S相似。

合金的铝当量为7%,β相稳定系数为0.5,加入的α相、β相稳定元素均较多,合金的相变温度为(955±10)℃。

研究了不同热处理制度对β相区形变热处理的TC21钛合金锻件组织及性能的影响。

试验结果表明:不同热处理制度对TC21钛合金等温锻件的组织性能有显著的影响。

仅经形变热处理后的锻件显微组织不均匀,强度可高达1,400MPa,但塑性较低;经强韧化处理后的锻件显微组织为:层次感强、编织度较好的网篮组织,在获得较高强度的同时,塑性下降不多;经淬火时效处理后的锻件显微组织中的α相编织度较好,锻件强度、塑性获得较佳匹配;等温退火后锻件的显微组织为:α相尺寸合适、编织度较佳的网篮组织,但强度有所下降,塑性未有提高。

淬火时效处理为推荐的较佳热处理制度。

两相钛合金的机械性能与它的显微组织有关联,而显微组织的形貌与热处理制度有密切关系,适当的热处理工艺可调节固态相变过程并获得所希望的显微组织,从而改善合金的力学和工艺性能。

TC21钛合金是我国具有自主知识产权的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Si系两相钛合金,该合金在强度、断
对TC21钛合金在880~950℃进行固溶,研究了固溶温度对TC21钛合金的微观组织的影响规律。

采用OM、TEM及EBSD取向分析方法,研究了热处理温度对TC21钛合金中形成块状α相的影响规律。

结果表明,在880℃、900℃观察到了块状α相,在930℃、950℃没有观察到块状α相。

EBSD取向分析表明,大块α相与其临近β相之间满足Burgers取向关系。

显微硬度在900℃固溶后达最小值,温度高于900℃时,显微硬度增加。

合金因其强度高、重量轻和抗腐蚀等特性在航空航天领域有着重要的应用[1-2]。

TC21钛合金作为新型的损伤容限钛合金,具有高强度、高断裂韧性和低裂纹扩张速率等特点,因此被作为一种飞机上应用的重要结构材料[3]。

研究也表明,TC21钛合金的一些性能,尤其是强度和断裂韧性优于TC
TC21钛合金是新型的高强韧损伤容限型钛合金,其模锻件为网篮组织,锻后热处理工艺采用双重退火工艺。

本研究采用金相法、SEM等方法系统研究了TC21钛合金模锻件的锻后热处理工艺和显微组织演变规律。

试验分析了TC21钛合金模锻件锻后第1次退火加热温度、第2次退火加热温度和保温时间等工艺参数条件下的初生α相数量、形状以及网篮组织形貌特征的变化规律,为TC21钛合金模锻件获得高强、高韧和损伤容限优良综合性能奠定基础。