TC4合金板材真空退火工藝研究

  TC4鈦合金含有6%α穩(wěn)定元素Al和4%β穩(wěn)定元素V,屬于Ti-Al-V系典型的α+β型鈦合金。該合金約占鈦合金系列市場用量的40%,冷加工難度很大,主要原因是該合金塑性差,屈強比高,而其力學(xué)性能和使用性能在很大程度上取決于顯微組織,其顯微組織又主要取決于熱處理工藝,所以研究不同的真空退火工藝對性能的影響將對后續(xù)加工起到?jīng)Q定性的作用。此外,研究不同真空退火的去氫效果,使鈦合金表面層的含氫量降低到安全濃度,消除產(chǎn)生氫脆的可能性,避免出現(xiàn)加工裂口也很有必要。

  將海綿鈦、高純鋁(99.99%)及鋁釩合金按一定比例在真空自耗爐中熔煉。經(jīng)鍛、軋制成厚3.7mm的半成品板材。

  熱加工中加熱溫度為980℃~1020℃。觀察發(fā)現(xiàn)經(jīng)變形率95%的熱變形得到的顯微組織中原始β晶界非常明顯,晶界α相非常明顯,晶內(nèi)α相呈粗大針狀有規(guī)則排列。產(chǎn)生這種組織的主要原因是原始坯料的加熱或變形在β相區(qū)進行,或是原始坯料在β相區(qū)進行,而在α+β相區(qū)變形時,所取的變形量較小所致。晶界α是晶界上α相因變形不足未再結(jié)晶遺留下來的,這種組織的塑性差,強度高,必須經(jīng)中間再結(jié)晶退火才能提高其塑性,降低強度,為冷加工創(chuàng)造良好的變形條件。觀察還發(fā)現(xiàn)完全變形區(qū)的晶粒細(xì)小且明顯被拉長。

  將原始3.7mm試樣在真空退火爐中退火,選擇塑性性能最差的試樣板材,取4塊試樣。退火制度分別為780℃±2℃、800℃±2℃、820℃±2℃、830℃±2℃,真空度≤0.02Pa,保溫2小時,200℃出爐。出爐后測定室溫拉伸性能及氫含量。試驗結(jié)果表明:

  (1)退火制度為800℃±2℃,保溫2小時,可以達到較低的屈服強度和最高的塑性性能。
  (2)退火制度為800℃±2℃,保溫2小時,能夠得到穩(wěn)定的α+β相網(wǎng)狀組織。
  (3)按現(xiàn)有真空爐真空度≤0.02Pa,采用800℃±2℃,保溫2小時,氫含量平均較原始試樣降低了0.009%,去氫效果明顯,達到了后續(xù)冷加工不會產(chǎn)生氫脆(慢性斷裂)的安全水平。