BT22钛合金

BT22（TC18）钛合金介绍
BT22对应我国牌号TC18，属于合金
是一种具有临界成分，即马氏体转变温度接近室温，合金化元素含量较高的合金，（β相稳定系数：指钛合金中各β稳定元素浓度与各自的临界浓度比值之和）
杂质成分含量
在退火状态和热处理强化状态BT22钛合金的物理性能相同：
合金密度：4.56
20电阻率：
不同温度热导率
不同温度比热容
不同温度范围线膨胀系数
BT22钛合金板材及棒材常规力学性能
BT22钛合金室温和高温典型的力学性能：下图和下表
BT22钛合金不同温度下拉伸应力—应变曲线如下：
BT22可制成锻件、模锻件、棒材、型材、厚板、管材及板坯，也可用于制造大型锻件和模锻件。

退火状态该钛合金强度极限可达,实际广泛应用的强度通常为
BT22钛合金的锻造和模锻温度应在1000~750条件下进行，另外当温度低于多晶转变温度850~750时，应保证形变率不小于30%~50%，以获得质量好的显微组织和低倍组织。

BT22的焊接性能良好，适用于各种熔化焊（氩弧焊和埋弧焊）和接触焊接（滚焊和点焊）方法，为了使焊接接头获得良好塑性，通常需要对接头进行退火处理，但不宜进行热处理强化处理。

机械加工性能良好，在大气条件和大多数腐蚀介质中都具有较高的耐腐蚀性。

用BT22制造的承力零件和冲压构件，在350~450可长时间工作，温度在750~800下可短时间工作。

当前广泛应用于航空制造业，主要用于制造高承力零件和结构件，其中包括焊接构件BT22钛合金在现代飞机结构中，主要用于起落架部件、高承力装置及构件、发动机固定支撑结构及其他承力构件
在航空发动机中，主要用于制作风扇和低压压气机的叶盘和叶片
铸造金属或者预变形锻坯的热变形时所形成的金属组织结构特征，是决定钛合金半成品力学性能的一个重要因素。

因此，制造钛合金半成品的主要问题之一，就是要获得稳定的组织结构，以提供所需要的力学性能。

然而，工业钛合金为多相钛合金，在其加热和变形过程中往往发生多态转变，同时，还会因为钛合金中出现不稳定相和、和相而产生大量亚稳态转
变。

从制造钛合金锭坯开始到零件完成结束，钛合金的热机械处理工艺经历了许多阶段的过程。

这些阶段过程包括连续加热、始于区、随后为区或区（型合金）不同温度下的变形等。

因此，钛合金的组织结构热变形后受金属变形速率和冷却速率的影响非常大。

一般情况下，钛合金机械热处理的最后工序为热处理（退火或热处理强化）
一般说来，钛合金最初的毛坯是锭坯或铸锭。

铸造金属变形的第一阶段是在相温度区间进行的，其目的是细化铸造组织，消除组织的不均匀性。

铸造组织结构的细化还可以通过在结晶过程(在相区温度加热和变形时发生)获得。

通过选择变形和热处理制度，铸造组织晶粒的细化可提高一个数量级以上。

钛合金铸锭在相区加热时，粗大晶粒组织的多晶结构变形时会产生非常大的不均匀性。

晶粒中心区域的形变总是小于边界区域，因此具有更少的位错结构。

在变形加工过程中，边界区域会产生较多且更为多向性的亚晶粒，其中包括那些位错接近大角度晶粒的亚晶粒组织，后者的出现则是动态再结晶的一个标志。

边界区域亚晶粒及晶粒的形成往往伴随着最初晶界的迁移，使晶界呈波浪形。

BT22变形钛合金典型组织结构相图如图所示
图中DD线表示温度与动态再结晶起始
边界比率的关系。

线上的位置反映了已知的
趋势，随着温度的提高和变形率的降低（DD
线左上侧区域），动态再结晶的趋势增加。

DC线上的点为所描述的状态，位于DD线右
侧，再结晶过程来不及开始，因此，亚晶粒
结构非常不完整，具有不规则位错密度很高。

这种结构在高温相区具有不稳定的特点，在
冷却过程中变形金属很容易发生结构重组，
形成再结晶晶粒。

温度越低，变形率和变形
程度就越高，在冷却过程发生的再结晶就越
完整。

在左图中，变形金属在冷却过程中形
成的密集再结晶区位于CC线的右上侧。

与该区对应的变形金属，则不可避免地具有部分或完全再结晶组织。

对于具有高合金化相稳定元素钛合金（过渡合金、近合金、>1.0）片状相的球化转变不是很敏感。

这主要是由于该类型钛合金相较多，晶内组织结构过于多相化，不利于粗大片状结构的生成。

BT22钛合金锻造工艺性能
具有强度、塑性、淬透性和焊接性都较高的优点
下图是BT22钛合金变形温度和应变速率对变形抗力的影响。

由图可以看出，在700~1000温度和应变速率范围内，随着温度的降低，相同应变速率下的变形抗力分别增加3.5倍和6倍，而且应变速率越低，增加倍数越大；相同变形温度的变形抗力分别增加3倍和4倍，而且变形温度越高，增加倍数越大；在700~900温度和应变速率范围内，随着变形
温度的升高，变形抗力急剧下降，当温度升至900以上时，变形抗力随着变形温度的升高而缓慢下降，并逐渐升至最高点。

根据该图的实验数据和工厂实践生产经验，BT22
合金锻造温度为：
常用锻造工艺性能解释说明（，相变温度750）
铸锭开坯的始锻温度的选取基于：温度区在相区内，合金在相区的塑性高、变形抗力小，为了争取更长的锻造时间，有利于提高生产效率；另外，铸锭开坯的坯料主要是供给锻造做毛坯，其组织经过大变形程度的锻造后，还可以得到改善。

不致于影响锻件性能，故选择生产率高的工艺。

压力机上模锻的始锻温度不但大大低于铸锭开坯的始锻温度，而且低于相变温度，模锻温度选择在950是为了确保在相区变形，以获得锻件需要的组织性能。

由于锻锤模锻需要多次打击，操作时间较长，其成品锻件的模锻加热温度可比压力机锻造适当提高。

但是为了保证钛合金成品锻件的组织和力学性能，所有锻造程序的终锻温度都应控制在预成形等过渡工序的始锻温度都低于铸锭开坯，高于模锻的始锻温度，在这个温度区变形既照顾了生产率，又为锻件准备了组织较好的毛坯。

锻造工艺
BT22属于合金，常采用锻造工艺，即在相变温度以上的相区进行锻造，此时合金的塑性显著提高、变形抗力大幅度降低。

显然，锻可显著降低变形能和提高生产率，并且可以利用小设备锻造较大的精密锻件，还可以提高锻件的断裂韧度和冲击韧度，但不易控制锻件中的相和相的比例，导致锻件室温拉伸伸长率较低，且数据分散性增大。

锻主要用于后续工序还要在相变温度以下进行较大变形量变形的铸锭开坯、坯料改锻和制坯工序，以及对性能要求不高的大型钛合金锻件和对冲击韧度和断裂韧度有特殊要求的锻件的成形
铸锭锻造过程
（1）铸锭自由锻开坯，采用多火次自由锻
主要目的是：破碎钛合金铸锭铸态的粗晶组织，改变其宏观组织及显微组织，获得所需要的力学性能和锻造工艺性能；锻制出外形符合要求的锻造坯料或锻件。

（2）模锻工艺：
模锻工序特点：
（1）测试相变温度
（2）除氧化皮（干吹砂、湿吹砂、喷丸或酸洗）
（3）碱溶液洗涤除油程序
（4）涂覆玻璃防护润滑剂（钛合金的化学性质活泼，在高温下表面容易氧化和吸收氢等有害气体，工件容易和模具粘连、毛坯或锻件表层温度下降引起变形抗力
急剧升高等原因，因此需要对毛坯润滑、防护和隔热）
（5）毛坯加热：
a)加热气氛及毛坯防护；b)加热温度和终锻温度：加热温度按照下述次序递降，铸锭开坯
—预制坯（预锻）—模锻—切割—弯曲—切边—校正；c)加热温度和保温时间：缓慢加热，并延长保温时间，避免因加热速度过快和保温时间不足而降低塑性，导致断裂或变形不均匀影响锻件性能
（6）吹砂清理
（7）化铣
（8）真空热处理（除了获得锻件所需要的性能外，还能减少锻造加热和化铣过程中的增氢效果）
BT22采用的热处理方式为：退火，淬火+时效，多晶转变温度860~890，相稳定系数为1.16
BT22的退火指的是：将温度加热至高于钛合金的再结晶温度，在规定的温度下保温和随后
冷却，一般不采用完全重结晶退火，因为会随着组织的不可逆变改变（显微晶粒长大），引
起强度和塑性显著下降
热处理强化：。