熱處理工藝對緊固件用TC16鈦合金棒材顯微組織與力學(xué)性能的影響

隨著鈦合金在航空航天上用量的不斷增大，鈦合金緊固件的用量也在進(jìn)一步增加，目前世界各國在飛行器上的應(yīng)用主要有兩個(gè)體系，美國等國家一般采用TC4鈦合金制造緊固件，俄羅斯采用BT16（國內(nèi)相近牌號為TC16）鈦合金。TC4屬于α+β兩相合金，采用該合金制造緊固件必須使用熱墩工藝，在經(jīng)過真空固溶時(shí)效處理，生產(chǎn)成本較高效率較低，另外由于該合金Kβ穩(wěn)定系數(shù)只用0.27，淬透性差，相應(yīng)緊固件尺寸也受到了限制。而TC16鈦合金是一種富β相馬氏體型α+β兩相鈦合金，名義成分為Ti-3Al-5Mo-4.5V，鋁含量較低，β穩(wěn)定元素Mo和V含量較多，Kβ穩(wěn)定系數(shù)為0.83，大于TC4，退火狀態(tài)下合金約有25～30%β相，因而退火態(tài)具有較好的工藝塑性。TC16鈦合金具有高塑性、高強(qiáng)度、高剪切強(qiáng)度、良好淬透性，同時(shí)抗疲勞和焊接性能好，對應(yīng)力集中敏感性小等優(yōu)點(diǎn)，顯著提高了緊固件的使用壽命，且該合金經(jīng)固溶時(shí)效處理后強(qiáng)度可達(dá)1030MPa以上，因此該合金常采用冷鐓成形方法制造螺栓、螺釘和鉚釘緊固件的加工制造等，是制造航空緊固件最理想的材料之一

。

熱處理工藝是保證TCl6鈦合金棒材工藝性能的重要因素，也是TCl6鈦合金高性能的保證。本文分析了不同固溶溫度和時(shí)效溫度下TC16鈦合金型材的顯微組織，并通過室溫力學(xué)性能試驗(yàn)，測試了不同固溶和時(shí)效處理對TC16鈦合金型材強(qiáng)度和塑性的影響規(guī)律。

病人E：“我還年輕，我想出院后自己做康復(fù)鍛煉，現(xiàn)在康復(fù)師每天給我進(jìn)行2次康復(fù)鍛煉，希望出院前他能將手法按摩教給我家屬。”病人A：“我想買個(gè)理療儀，網(wǎng)上機(jī)器很多，不知道效果如何，希望您(護(hù)士)能幫我介紹一個(gè)?！辈∪薎：“我想知道病情穩(wěn)定后能否住進(jìn)貴院康復(fù)科進(jìn)一步做康復(fù)治療？”

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料選用規(guī)格為新疆湘潤新材料科技有限公司S8mm的TC16鈦合金六角棒。該棒材選用小顆粒0級海綿鈦，由真空自耗電弧爐3次熔煉為Φ720mm鑄錠，經(jīng)β相區(qū)開坯、α+β兩相區(qū)鍛造、兩火次熱軋、冷軋等工序后獲得。鈦合金相變點(diǎn)指的是熱加工過程中α+β兩相組織向β相轉(zhuǎn)變的過程，是制定熱處理工藝的重要依據(jù)

，通過金相法測得其相變點(diǎn)為875℃。其化學(xué)成分如表1所示。

研究表明，退火處理可以使TC16鈦合金棒材獲得較低的強(qiáng)度和很高的塑性

，顯著降低冷軋和冷鐓變形抗力，在熱軋后進(jìn)行了退火消除殘余應(yīng)力，軟化合金，改善綜合性能，采用的退火制度為780℃2h.FC至580℃.AC。對TC16合金冷軋后的六角棒取樣，按照表2所定的固溶+時(shí)效熱處理方案進(jìn)行熱處理，然后加工成為試樣，采用Olympus Pmg3金相顯微鏡進(jìn)行顯微組織觀察，通過Instron拉伸試驗(yàn)機(jī)按照GB/T228金屬室溫拉伸試驗(yàn)方法測試其室溫拉伸性能。拉伸試樣采用R7的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣。金相腐蝕劑采用：HF：HNO

：H

O=1：3：7配比溶液。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論

2.1 熱處理對TC16鈦合金棒材顯微組織的影響

TC16鈦合金棒材熱軋后進(jìn)行退火處理，退火制度為：780℃保溫2h后開始以2～4℃/min爐冷降溫至580℃.后空冷，取樣觀察其組織如圖1所示，為均勻的α+β兩相組織，組織由初生α相、細(xì)小的次生α相以及β相組成，晶粒尺寸較小。

其次，高校在幫助學(xué)生設(shè)置目標(biāo)上有缺位。上文已經(jīng)發(fā)現(xiàn)學(xué)生中存在輕看學(xué)習(xí)能力，重視其他綜合能力的問題，個(gè)人認(rèn)為學(xué)校的引導(dǎo)還不夠。重視其他能力并沒有錯(cuò)，但是想要立足于社會(huì)，個(gè)人的知識(shí)體系、技能專長和學(xué)習(xí)能力才是基石，沒有這些基石，再會(huì)為人處世也終將是竹籃打水一場空。學(xué)生之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的認(rèn)知，多半來自于社會(huì)不良風(fēng)氣和一些所謂“成功人士”的“成功學(xué)說”。因此高校在引導(dǎo)學(xué)生樹立正確人生觀、價(jià)值觀上仍任重而道遠(yuǎn)。

固溶溫度對TC16鈦合金棒材性能的影響見圖4，隨著固溶溫度的升高，抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2均先降后升，在固溶溫度為780℃時(shí)出現(xiàn)低谷，延伸率和斷面收縮率先升后降，在780℃～800℃時(shí)達(dá)到最高值，在840℃時(shí)降低較為明顯。選擇800℃作為固溶熱處理制度時(shí)，可以保證強(qiáng)度和塑形的良好匹配。

（2）為什么？分析原因：①國家層面：經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式落后，沒有堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展之路。②市場調(diào)節(jié)具有自發(fā)性。③不注重科技創(chuàng)新能力提高。

圖3是TC16鈦合金六角棒在800℃/2h，WC固溶處理后在不同時(shí)效溫度下的顯微組織照片。由圖3可以看出，經(jīng)α+β兩相區(qū)固溶+時(shí)效處理后，棒材的顯微組織為均勻細(xì)小的等軸組織，但隨著時(shí)效溫度的升高，有彌散顆粒析出，初生α相晶粒尺寸較小，在570℃時(shí)初生α含量最大，由550℃時(shí)效處理的31.2%增加到570℃的37.9%，整體變化幅度不大。

筆者通過先后對江蘇省10所地方高校(分別用x1,x2,…,x10表示)進(jìn)行調(diào)研，獲得調(diào)研數(shù)據(jù)，最后用未確知測度模型將10所高校的科研核心競爭力劃分為三個(gè)等級?，F(xiàn)以某高校(xi)為例來介紹實(shí)證分析的過程。

2.2 熱處理對TC16鈦合金棒材力學(xué)性能的影響

圖2為TC16鈦合金六角棒在不同溫度固溶經(jīng)570℃/8h，AC時(shí)效后的顯微組織照片。由圖1可見看出，經(jīng)α+β兩相區(qū)固溶+時(shí)效處理后，棒材的的顯微組織為均勻細(xì)小的等軸組織。隨著固溶溫度的升高，初生α相晶粒尺寸略有有長大，初生α相不斷溶解、減少，初生α相含量由760℃固溶處理的37.5%左右，降低到840℃固溶處理的14.5%左右，在820℃以上β相區(qū)產(chǎn)生a"馬氏體。試樣在820℃以下固溶時(shí)，顯微組織為初生α相和亞穩(wěn)定β相組成，固溶穩(wěn)定達(dá)到820℃時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)β相不能穩(wěn)定下來，在水介質(zhì)中的快速冷卻過程中，產(chǎn)生a"馬氏體轉(zhuǎn)變，組織內(nèi)部開始出現(xiàn)a"馬氏體，隨著溫度升高，在840℃時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)β相大量轉(zhuǎn)化成a"馬氏體

。

時(shí)效溫度對TC16鈦合金棒材性能的影響見圖5，隨著時(shí)效溫度的升高，抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2下降，延伸率A和斷面收縮率Z略有提高，變化幅度不大。主要是因?yàn)闀r(shí)效時(shí)有彌散顆粒析出，溫度較低時(shí)，顆粒尺寸較小而分散度大，此時(shí)合金的強(qiáng)度較高，而塑性偏低，隨著時(shí)效溫度的提高析出顆粒逐步長大，合金的強(qiáng)度就逐步降低，而塑性則不斷提高，因此在570℃附近時(shí)效，則可以在保證塑性的同時(shí)有較高的強(qiáng)度。

3 結(jié)論

（1）隨著固溶溫度的升高，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均先降后升，在固溶溫度為800℃時(shí)出現(xiàn)低谷，在780℃～800℃時(shí)達(dá)到最高值，斷面收縮率，變化不大，在840℃時(shí)略有降低。

（2）隨著時(shí)效溫度的提高，抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2有所下降，延伸率A和斷面收縮率Z略有提高，但總的變化幅度不大。

（3）根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，綜合組織觀察與性能檢測的結(jié)果，選擇800℃/2h，WC+580℃/8h，AC的制度進(jìn)行熱處理，可以得到強(qiáng)塑性匹配較好的棒材。

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