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TC17鈦合金中的偏析現(xiàn)象研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時間：2015-05-08
TC17合金是一種綜合性能優(yōu)良的近β型合金，該合金不但具有較高的強度、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性及疲勞性能，而且淬透性高、熱加工性能好。
???鈦合金作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料，因其綜合性能（比強度、抗腐蝕性、熱強性）優(yōu)異，被廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。TC17合金是一種綜合性能優(yōu)良的近β型合金，該合金不但具有較高的強度、斷裂韌性、熱穩(wěn)定性及疲勞性能，而且淬透性高、熱加工性能好。自20世紀(jì)70年代以來，該合金以優(yōu)異的性能逐漸進(jìn)入航空制造領(lǐng)域，并作為壓氣機盤等鍛件的材料在較高推力的發(fā)動機上使用。由于該合金中添加了大量的合金元素，熔煉過程如控制不當(dāng)，極易產(chǎn)生偏析。因此有必要對其中偏析的形貌、合金元素的富集狀況及分布規(guī)律進(jìn)行研究，以便針對性地優(yōu)化目前的熔煉工藝，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的TC17鈦合金奠定理論基礎(chǔ)。
試驗所用TC17鑄錠由西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)，鑄錠直徑為Φ620㎜，經(jīng)3次真空自耗熔煉而成，對該鑄錠上、中、下3點圓周進(jìn)行取樣分析，其化學(xué)成分符合G/BT3620.1-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。
用金相法測得該鑄錠的相變點為875℃～880℃。鑄錠經(jīng)扒皮、切除冒口及錠底后轉(zhuǎn)入鍛造工序。用2500t壓機對鑄錠進(jìn)行β單相區(qū)開坯、近β區(qū)拔長、滾圓。用SX-16精鍛機在α+β兩相區(qū)將滾圓坯料精鍛至Φ60㎜，最終采用250軋機在相變點以下40℃～50℃軋制分別制得Φ32㎜和Φ17㎜兩種規(guī)格的棒材，并機加成Φ30㎜和Φ15㎜的成品棒材。對成品棒材進(jìn)行低倍組織檢驗，對低倍存在問題的部分制備高倍試樣，在金相顯微鏡下進(jìn)行試樣金相組織觀察，利用能譜對異樣部位進(jìn)行分析。
試驗發(fā)現(xiàn)，兩種規(guī)格TC17鈦合金棒材低倍觀察到的亮斑在高倍下呈現(xiàn)為β斑；β斑的形成原因是Cr元素存在偏析現(xiàn)象造成的，Cr元素在偏析區(qū)域的含量明顯高于基體，從而導(dǎo)致偏析區(qū)域相變點低于基體；偏析主要集中在鑄錠的中心及頭部。
根據(jù)鈦合金相圖和合金的凝固理論，在正常的凝固條件下，偏析系數(shù)K≥1的合金元素不容易出現(xiàn)偏析，除非熔煉過程中合金元素和中間合金未能充分均勻化；K＜1的合金元素，即使熔融狀態(tài)下合金是均勻的，但在凝固過程中同一溫度下固相成分和液相成分仍存在差別，液相中元素含量總是高于固相，導(dǎo)致容易在鑄錠中心和頭部產(chǎn)生偏析。另外，偏析的元素及偏析程度決定了偏析區(qū)的實際β相變溫度。在Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%～7%范圍內(nèi)，Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)每增加1%，其相變點降低26℃。因此，當(dāng)鍛件在熱加工或隨后的熱處理過程中，加熱溫度接近相變點時，就可能造成偏析區(qū)域超過了相變點，出現(xiàn)β斑。
因此，試驗中兩種規(guī)格棒材中心區(qū)域出現(xiàn)β斑（亮斑）與熔煉及后續(xù)熱加工溫度有關(guān)。為了提高鑄錠的均勻性，比較有效的辦法是降低熔化電流、減緩熔煉速度、使熔池深度減小呈扁平狀以縮小等軸晶區(qū)域，同時鑄錠不宜過大，因為直徑越大等軸晶區(qū)也越大。為了避免出現(xiàn)β斑，合金最大直徑不宜超過720㎜；在熱加工和熱處理時應(yīng)該嚴(yán)格限制加熱的上限，減少變形熱效應(yīng)，以使偏析區(qū)域缺乏產(chǎn)生β斑的必要條件，從而降低危害。
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