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热处理对TC21钛合金的微观结构和力学性能的影响

穆罕默德El-Shennawy^*

埃及以往大学机械工程系

*通讯作者:

Mohamed El-Shennawy
埃及以往大学机械工程系
电话:+ 1001024322;
电子邮件:(电子邮件保护)

收到:2021年9月2日;接受:2021年9月16日;发表:2021年9月23日

引用:Shennawy我。热处理对TC21钛合金的微观结构和力学性能的影响。垫Sci印第安纳j . 2021; 19 (6): 20。

文摘

热处理对显微组织和力学性能的影响TC21钛合金的研究。TC21在退火条件下的等轴α+β结构解决方案治疗温度低于β-transus (920⁰C, 15分钟)和温度高于β-transus (1020⁰C、15分钟、WQ)。老化申请了两组样本(600⁰C, h, AC)。处理样品低于β-transus显示等轴α+β结构。样品处理超过β-transus改为只β-phase很少数量的二级α-phase沉淀在β-phase由于高冷却速率和形成的老化的过程。最大硬度492 hv30被报道为样本在1020⁰C由于二次沉淀片状α阶段和小车床的马氏体相β-matrix(α\ \)。最大抗拉强度1447 mpa和延性据报道8%的样本在920⁰C由于其结构中含有α,β和αs。因此,对样品在920⁰C显示最好的机械性能和最可靠的和可重复的特点。

关键词:TC21钛合金;热处理;微观结构

介绍

钛及其合金制造一些常用零部件的结构和发动机转子航空工业和石油行业由于其高强度,低密度、高耐蚀性和低裂纹扩展。塑性和断裂韧性的良好的平衡力量,一直注意这钛合金;TC21在过去的十年。

钛合金可以分为三个主要类别根据微观结构;α,α+β,β合金。α+β钛合金相比于其他ccategories有最好的属性。如今,α+β钛合金广泛应用于航空航天应用,航空,石油行业和化工行业(1 - 2,5 - 6)。超过50%的钛合金在不同的应用程序使用α+β钛类别是Ti-6Al-4V合金。

TC21钛合金与化学成分(Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-1Cr-2Nb-Si wt. %)是另一个范畴的α+β钛合金主要用于飞机结构构建应用程序。TC21钛合金在室温下显示比Ti-6Al-4V更好的机械性能。TC21钛合金抗拉强度超过1100 mpa虽然Ti-6Al-4V抗拉强度895 mpa范围933 mpa。TC21钛合金与等轴组织低于Ti-6Al-4V裂纹增长。此外,最终和产量优势decreas增加内容的粗α-plates结构。然而,一些研究表明,最好的力量TC21钛合金与完整的β相微观结构可以实现。在其他的研究中,发现优秀的TC21钛合金强度800 MPa的范围。

这项工作的目的是探讨热处理对显微组织和力学性能的影响的退火TC21钛合金。

材料和方法

最初在这个工作来自TC21合金titamium合金hot-forged酒吧与7毫米直径和长度140毫米。这种合金的化学成分是Ti-6Al-3Mo-2Sn-2Nb-2Zr-1Cr-Si wt. %。相位transus温度约为955 ? C。原始组织图1所示由等轴主要αp阶段(黑色区域)和β阶段(灰色区域)。α-phase的粒度在2.5µm及其体积分数约为65%。等轴α相是均匀分布在整个结构。XRD模式确认收到基的α和β阶段TC21合金,如图2所示。注意到,β峰很弱,表明现有的相对低β相的体积分数(35%)。

上面的hot-forged TC21合金溶液治疗transus温度(1020 ? C)和低于transus温度(920 ? C)。解决方案治疗和的示意图老化流程见图1。阶段识别使用x射线衍射(XRD)进行了。硬度用维氏硬度计测量。五个监测读数每个样本,平均被记录。拉伸试验是perfrmed在加工样品的4毫米直径和长度20毫米计。显微镜观察的特性的选择强度样本检查使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)的断裂力学研究调查了TC21钛合金。

结果和讨论

组织调查

热处理样品的微观结构下面β-transus (920°C, 15分钟,WQ)然后岁(600°C, 4人力资源)。微观结构包含αp阶段(初级等轴α相,黑暗的区域)和β-phase(灰色区域)体积分数为25%。在较高放大显示在图2中二级片状α-plates(αs),出现如车床,沉淀在β-phase应用后(如箭头所示)老化的过程。β-grain增加的平均晶粒尺寸相对应用基条件相比,它记录了大约3µm的晶粒尺寸。此外,α-phase是逐渐增加的大小与β-grains粗化。

处理样品的x射线衍射模式920 ? C。样本的模式验证上述阶段存在的微观结构(αpαs和β阶段)。上面的示例处理β-transus温度的微观结构;(1020°C, 15分钟,WQ)然后岁(600°C, 4人力资源)。显微组织显示β-grains包含二级片状α-plates(αs)和马氏体相(α)。沉淀是由于老化过程和α\ \由于高温淬火方案治疗期间在1020°C。溶液温度高于β-transus (1020°C)的平均晶粒尺寸的增加引起β-grain相比应用基和解决方案在920°C条件。平均晶粒尺寸达到300µm。很明显,晶粒尺寸的样品溶液在1020°C的范围是在100到120倍的其他条件(解决方案示例在920°C和治疗应用基)。

此外,一些次要的片状α相及马氏体相(α)β-matrix沉淀。x射线衍射模式示例验证了微观结构分析进化拥有大量β山峰,β-phase的体积分数在79%的范围低αs峰值。处理样品的x射线衍射模式在1020°C。

机械性能

硬度的应用基、解决方案治疗低于和高于β-transus样本。最高硬度492 hv30报告解决方案治疗样本上面β-transus由于二级precipitatation片状α阶段和小车床β-matrix马氏体相(α)。硬度最低的349报道hv30收到基样品由于存在高数量的主要α-phase结构。与此同时,样品在920摄氏度显示硬度值453 hv30由于其结构中含有α,β和αs。可以得出结论,在β-phase沉淀阶段有很大的作用在增加研究TC21钛合金的硬度。

拉伸性能的应用基和解决方案处理样品在920°C和1020°C。结果表明,抗拉强度最高的1447 mpa记录样品溶液在920 oc由于好二次加强β-matrix片状α-血小板(αs)。然而,报道的最低强度1100 mpa的收到基样品因其结构由等轴α+β结构。同时,样品溶液在1020°C的抗拉强度1391 mpa低于样品在920 oc因为形成细马氏体结构在β-matrix(α)。这个罚款(α)引起的脆化和拉伸试验中裂纹萌生的场所,进而降低了强度比较样品在920摄氏度。微观结构的延性的影响研究TC21钛合金在三种不同条件下所示图3 (b)。应用基,把样品在920°C显示相对相同的延性的约8%。这是因为收到基样本中包含大量的α-phase分布式组织结构。和样品在920°C大多β结构与一些好二级片状α-platesβ-matrix(αs)嵌入。然而,样品在1020°C显示延性最低的1.5%的大型谷物β-structure以及现有的马氏体相(α)在β-matrix沉淀。这种细α导致脆化的结构,因此降低了延性。

断裂表面的三个研究TC21样品图10所示。收到基的断裂表面样本显示大面积的酒窝,这表明高延性的示例如图3所示(一个)。样品在920°C显示quasi-cleavage断裂面与大量的酒窝refferedαp-phase现有的结构;图3 (b)。然而,样品在1020 oc插图非常的解理断裂低的韧性;图3 (c),证实了获得1.5%延性的实际结果。

结论

在这项研究中,TC21钛合金在退火条件下的等轴α+β结构解决方案治疗温度低于β-transus (920 ?C, 15分钟)和温度高于β-transus (1020 ?C、15分钟、WQ)。老化申请了两组样本(600 ?4 C, h, AC)。本研究的结论可以概括为:

•结构由α,β和αs TC21钛合金的解决方案治疗后得到920 ? C。虽然大型β-grains嵌入αs和马氏体α/ /得到样品处理时1020 ? C。

•最大硬度492 hv30得到的样品在1020 ?C由于现有αs和α/ / 349年的结构和最低硬度HV30报道的收到基条件由于现有大量αp-phase(65%)的结构。

•最佳抗拉强度(1447 mpa)和延性(8%)报告的样本在920 ?C由于现有细粒α,β和沉淀αs结构。

•骨折应用基表面和治疗在920年样本吗?C显示大量的酒窝造成α-phase存在的结构。然而,样本在1020 ?C显示解理断裂,由于现有的α/ /结构。

引用

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