东莞市万江街道渗碳、碳氮共渗批发

　　Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo(TC21)是20世纪70年代研制的一种高强、高韧、损伤容限型两相钛合金。该合金在热机械处理后具有强度高、损伤容限性能好等优点，以及优良的抗疲劳裂纹扩展能力，适用于制造高强度、高韧性的承力构件。通过添加Si元素使该合金在中温保持较高强度，优于Ti-6AI-4V。该合金板材可在室温下进行超塑性成形。Ti-10V-2Fe-3Al(TB6)是20世纪70年代后期发展的一种高强、高韧近β型钛合金。该合金具有比强度高、断裂韧性好、淬透面积大、各向异性小、锻造性能好和抗腐蚀能力强等优点，兼有亚稳β钛合金的诸多优点而不丧失(It—B钛合金的固溶特性，能满足损伤容限设计需要和高结构效益、高性及低成本要求，高工作温度320℃。该合金主要产品有棒材、锻件、厚板和型材。通过固溶及时效热处理可实现强度、塑性和断裂韧性的良好匹配，适于制造对强度、断裂韧性有较高要求的结构件。通过热机械处理可获得优良的韧性和低裂纹扩展率，适于断裂韧性要求高的结构。

　　固溶处理对TC11钛合金硬度的影响在固溶温度为950℃，固溶时间为120ｍｉｎ时，显微组织由大部分的等轴α相、小部分细小的片状α相和粗大的块状α相以及少部分的β相组成，此时所测得的硬度值高，TC11钛合金在该热处理制度下的综合性能也相对较好。当固溶时间一定时，TC11钛合金硬度随着温度的升高呈现出先下降然后逐渐趋于稳定的趋势。

　　TC11钛合金属于高Al当量马氏体型α+β钛合金，该合金具有的高温强度，热稳定性及抗蠕变性能，被广泛应用于航空航天领域。TC11钛合金作为重要的航空和宇航材料，主要用于制造服役温度在500℃以下的航空发动机压气机盘、叶片、鼓筒等零件及飞机结构件等。随着航空航天技术的飞速发展，对这些关键部件用钛合金的性能要求越来越高，要求其具有更加的综合性能。而钛合金的综合性能与其的组织形态、相的比例、晶粒的大小及分布情况密切相关。目前，锻造是钛材热加工中常用且有效的加工方法。不仅可以直接锻造成工件的形状，还可以优化其微观组织，改善其力学性能。但是，锻造存在遗传性，会造成成品棒材、饼材、环锻件等组织不均匀问题，尤其是大型的饼、环锻件。为此，我们采用多火次换向镦拔锻造工艺制备大规格环材，该变形方式可以使原始坯料中的铸态晶粒得到充分破碎和再结晶，从而消除了成品中出现的金相缺陷。同时，研究热处理工艺对大规格环材组织、力学性能的影响，从而确定化的热加工工艺。实验材料及方法本文实验所用材料为TC11钛合金铸锭，采用3次VAR熔炼，锭型φ700mm，其主要化学成分:Al:6.7%，Mo:3.3%，Zr:1.8%，Si:0.3%，其余为Ti。经金相法测定其相变点为1016℃，铸锭经β相区开坯锻造，α+β相区环坯锻造、冲孔，扩孔成形锻造制得成品规格为φ830mm/φ520mm×220mm。在环材高度方向上截取试样环进行热处理实验，热处理在箱式电阻炉中进行，其方案见表1。表1热处理工艺为研究环材组织和力学性能的均匀性，将大规格环材按优化出的热处理工艺制度进行整体热处理后，沿厚度方向分为外表层、1/2层和内表层，沿高度方向分为上表面、H/4、H/2、3H/4和下表面（H为环材高度），共15个位置，进行室温拉伸性能检测，考核其力学性能的均匀性，观察不同方向的显微组织，考核其组织的均匀性。图1不同固溶温度下TC11合金环材的显微组织实验结果与分析⑴固溶温度对TC11钛合金环材组织的影响。图1为TC11钛合金环材经过950℃～990℃固溶处理+530℃时效处理6小时后的显微组织。在不同固溶温度+时效处理后，TC11环材显微组织是由等轴初生α相和β转变组织组成，β转变组织上分布着细小的针状和短棒状次生α相。随着固溶温度由950℃升高到990℃，等轴初生α相含量逐渐减少，由950℃时的50%逐渐递减至990℃时的10%，且初生α相晶粒尺寸逐渐增大。同时，随着固溶温度的升高，针状次生α相含量逐渐增加且变得更加细小弥散。同时，伴随着部分初生α相的逐渐溶解，未转变的β相基体含量的饱和度增大，为次生α相的析出增大了驱动力，促使次生α相的含量逐渐增多且细小而弥散。⑵固溶温度对TC11钛合金环材力学性能的影响。TC11钛合金环材经过不同固溶温度处理后的力学性能如图2所示。图2不同固溶温度下TC11合金环材的力学性能随着固溶温度由950℃升高到990℃，TC11合金的强度先升高后降低，970℃达到峰值，塑性先降低后升高，970℃时为低谷，相比强度的变化，塑性变化趋势较缓。在室温下，起主要强化作用的是位错，随着固溶温度升高，提供的相变驱动力促使次生α相的析出，在塑性变形时，弥散的α相周围产生的应力场阻碍了位错运动，同时α和β相的界面产生弥散强化，使强度大幅提高；随着固溶温度950℃升高到970℃，其塑性变化不明显，断面收缩率和锻后伸长率略有降低。随着固溶温度升高到980℃，初生α相含量骤减，且初生α相长大，导致两相间相界面较少，对位错的阻碍作用减弱，从而使强度下降，塑性变化略有提高，由此可知，在970℃固溶时，TC11钛合金的强韧性匹配。冷却速度对TC11钛合金环材性能的影响TC11钛合金经970℃固溶处理后，不同冷却速度的力学性能见表2。由表2可以知，固溶后采用水冷比空冷抗拉强度高260MPa，屈服强度高约220MPa，同时水冷的塑性骤降。图3为TC11钛合金970℃固溶处理后水冷的SEM组织，由图3可知，水冷时，高温固溶处理时大量的亚稳定β相被固定下来，在随后的低温时效过程中，较多的次生α相从亚稳定β相分解出来，并交叉排列在β转变基体上。由于冷却速度快，过冷度大，再结晶晶粒来不及长大，同时引起了晶格畸变，促使在时效过程中，大量细小、无方向性的针状α相从亚稳定β转变相中析出。这些大量的细小次生α相，交错排列，相界面阻碍了滑移的进行，从而使合金变形困难，因此，片状β转变组织越多，强度越高，塑性越差。表2不同冷却速度下的TC11钛合金力学性能图3水冷后TC11合金环材的SEM组织TC11钛合金环材性能均匀性研究为提高合金的使用稳定性、性能的稳定性，在实际生产应用中，TC11钛合金大型饼材、环锻件均是在热处理状态下服役。研究热处理工艺对TC11钛合金组织和性能的影响，得出的热处理制度为970℃/保温2hAC+530℃/6hAC。将文中大规格环材φ830mm/φ520mm×220mm按照此热处理制度整体热处理后，研究其组织和性能的均匀性。图4为TC11环材沿壁厚和高度方向不同位置的显微组织，由图4可知，采用多火次换向镦拔锻造工艺制备大规格环材，环材在高度方向以及厚度方向的组织均为双态组织，且组织均匀分布，等轴初生α相晶粒尺寸大小均匀分布。对比图4和图1中(c），均为970℃/保温2hAC+530℃/6hAC处理后的组织，发现图1(c）中初生α相含量比图4中少，而次生α相略多于图4。图5为TC11钛合金环材不同位置的力学性能，由图5可知，该环材在径向和厚度方向的力学性能均匀性良好，抗拉强度Rm的差值为15MPa，屈服强度Rp0.2的差值为18MPa，断后伸长率A的差值为4.5%，断面收缩率Z的差值为12%。对比图5和表2，相同固溶时效处理后，试样热处理比环材整体热处理性能高出约80MPa，塑性变化不大。在实际生产过程中，可以通过加快环材在空气中冷却速率而提高其强度。结论⑴TC11钛合金随着固溶温度的升高，初生α相含量逐渐减少，且初生α相晶粒尺寸逐渐增大，次生α相含量逐渐增多。室温强度随着固溶温度的升高先升高后降低，同时塑性变化幅度不大。图4TC11合金环材不同位置的显微组织TC11钛合金大规格环材的组织与性能研究⑵随着冷却速率的加快，TC11钛合金强度增大，塑性骤降。⑶采用多火次镦拔换向锻造的TC11大规格环材的组织和力学性能均匀性良好。在970℃/2hAC+530℃/6hAC固溶时效后，环材具有稳定的强塑性。作者简介张雪敏，硕士研究生，工程师，主要从事钛及钛合金塑性变形原理，锻造及热处理工艺研究

　　随着航空技术发展，飞机的设计越来越看重复杂大型整体化结构设计，这是飞机结构轻量化设计的重要发展方向。飞机传统设计受限于传统制造技术，一些存在“设计得出，造不出”的问题，而增材制造技术的发展为复杂结构制造的实现提供契机。选区激光熔化技术作为典型的增材制造技术，在轻量化高性能结构及结构一体化领域有明显优势，为复杂型结构“设计得出，造得出”提供途径。TC4材料作为典型的中温钛合金，可应用于制造发动机机匣、进气口叶片、梁和承力结构件。

　　TC4合金的力学性能与初生阶段的数量和形式密切相关。一般来说，初生阶段的内容越多，室温拉伸的可塑性和疲劳性就越好；初生阶段的数量越少，高温持久，蠕变和断裂的韧性就越好。初生阶段的含量通常被控制在15%-50%的范围内，以获得良好的综合性能。如果初生阶段的内容量超过这个范围，可以在正常退火前增加高温固溶处理，也就是说，在转换温度下30-60℃，然后是空气冷却或水冷却。当初生阶段的内容量太小时，初生阶段的内容量只能通过两相区域的再热变形来改善。

　　钛合金TA18和TC4的工艺性能与要求

　　钛合金作为重要的航空航天、化工、海洋工程等领域的结构材料，因其优异的力学性能、耐腐蚀性以及良好的高温性能，逐渐成为现代工业中不可或缺的材料。TA18和TC4是两种常见的钛合金，广泛应用于各个行业。本文将从工艺性能和工艺要求两方面对钛合金TA18和TC4进行分析，以期为相关工程实践提供有价值的参考。

　　钛合金TA18和TC4的工艺性能与要求

　　钛合金TA18的工艺性能与要求

　　1. 材料简介

　　TA18钛合金是以钛为基础，加入铝和钒的β型钛合金，具备较好的强度与韧性，并且在高温条件下表现出较为优异的耐腐蚀性能。TA18合金通常用于航空发动机、导弹及其他高温结构部件。

　　2. 工艺性能

　　热加工性:TA18具有较好的热加工性。其铝含量较低（约4.5%-5.5%），使得其在较低的温度下依然保持较好的塑性，便于进行轧制、锻造等热加工操作。TA18的锻造温度一般为850℃-950℃，此温度范围内具有较好的可加工性。焊接性:TA18合金的焊接性相对较好，常用的焊接方法包括氩弧焊、激光焊接等。焊接接头需要特别注意防止氢脆现象，因此，焊接过程中要严格控制氢含量。切削加工性:TA18的切削加工性较为复杂，通常需要使用高质量的硬质合金工具，且切削速度和进给量要适当控制，以避免工件表面产生裂纹或其他加工缺陷。

　　钛合金TA18和TC4的工艺性能与要求

　　3. 工艺要求

　　热处理:TA18钛合金热处理的主要目的是提高合金的强度和塑性。常见的热处理方法包括固溶处理和时效处理，固溶处理温度在850℃-900℃之间，时效处理温度一般在450℃-500℃。表面处理:为了提高TA18钛合金的耐腐蚀性，通常需要进行表面涂层或阳极化处理，以提高其在严苛环境下的使用寿命。

　　钛合金TC4的工艺性能与要求

　　1. 材料简介

　　TC4钛合金是常见的α+β型钛合金，主要成分为钛、铝和钒，具有高强度、良好的韧性及耐腐蚀性能。TC4合金被广泛应用于航空航天、汽车制造和医疗器械等领域。

　　2. 工艺性能

　　热加工性:TC4合金的热加工性相对较好，尤其是在中温范围（600℃-800℃）内，表现出较高的塑性。此温度下进行锻造、挤压、拉伸等操作较为适宜。焊接性:TC4合金的焊接性较好，但同样面临焊接接头的脆化问题。常见的焊接方法包括气体保护焊、钨极氩弧焊（TIG焊）等。TC4的焊接接头需要严格控制热输入，避免过高的焊接温度。切削加工性:TC4合金的切削加工性较差，表面硬度较高，常规工具容易磨损，因此需要采用适当的切削条件（如低进给量和较高的切削速度）来提高加工效率。

　　3. 工艺要求

　　热处理:TC4钛合金的热处理要求较高，一般进行固溶处理和时效处理。固溶处理温度在950℃-1000℃之间，时效处理温度一般在450℃-500℃，以提高其力学性能。表面处理:TC4合金的表面处理主要是通过阳极氧化、喷涂等手段提高其表面硬度及耐腐蚀性能。阳极化处理能够显著提高TC4的抗氧化性，使其在高温和腐蚀环境下具有更长的使用寿命。

　　总结与对比

　　工艺性能对比

　　加工性:TA18在热加工和焊接方面具有较为优异的性能，相比之下，TC4合金的加工难度较高，尤其是在切削加工方面，容易造成工具磨损。热处理:TA18和TC4在热处理方面有相似之处，均需要进行固溶和时效处理以提高力学性能，但TC4的热处理要求相对更高，处理温度也较为严格。

　　工艺要求对比

　　表面处理:两种钛合金的表面处理均需要特别注意，以提高其耐腐蚀性。TA18的表面处理要求较高，需要防止焊接时的氢脆现象，而TC4则更注重阳极化等方法的使用，来确保其表面质量。

　　钛合金TA18和TC4的工艺性能与要求

　　TA18和TC4钛合金具有各自的优势与不足，在不同应用领域中各有其独特的重要性。选择合适的钛合金，既要考虑其性能特征，也要根据实际加工条件来优化生产工艺。