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海洋工程用超大規格Ti80鈦合金鍛坯制備研究
來源:寶雞啟成有色金屬有限公司 | 點擊:469 | 發布日期:2023年3月18日

Ti80鈦合金是我國自行研制的875MPa 級耐蝕可焊α-β 型結構鈦合金,其名義成分為Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo,在國標中對應的牌號為 TA31 。其由于優異的沖擊韌性、斷裂韌性和耐蝕性能,以及良 好的焊接性能,現已批量化應用于潛艇和水中兵器的受力構件、螺栓、軸以及耐壓殼體等,在船舶、 石油、化工、機械等領域具有廣闊的應用前景。本文首次開展了海洋工程用超大規格 Ti80 鈦合金鍛坯的工程化制備研究,對所研制的超大規格鍛坯在不同位置、不同方向的組織和性能進行分析和評價,以推進 Ti80 鈦合金材料在海洋工程領域的應用。

    1 實驗材料

    實驗材料為西部超導材料科技股份有限公司經 3 次真空自耗電弧熔煉的Ti80鈦合金鑄錠。鑄錠規格為Φ1020mm,單重超過11000 kg,鑄錠實物圖如圖1所示,采用金相法測得其相變點為995 ~1000 ℃。鑄錠經 80MN快鍛機在相變點以上開坯鍛造,充分破碎鑄態組織后,在相變點以下多次鐓拔變形,進一步細化晶粒,最后,將坯料在 α-β 兩相區鍛造成 340mm × 1800mm × 2700mm 的鍛坯,鍛坯單重超過 7500kg

 

 

    2 實驗儀器及方法

    在鍛坯頭部和尾部分別取340mm×1750mm×25mm的試樣片進行熱處理,熱處理制度為965 ℃ / 2 h,冷卻方式為空冷。熱處理后進行低倍組織觀察, 同時,在低倍試樣的不同部位取15mm×15mm ×25mm的金相試樣,金相試樣取樣位置所示。采用配比為 HF∶HNO3∶H20=1∶3∶5的腐蝕液腐蝕后,使用OLYMPUS 立式金相顯微鏡對顯微組織進行觀察分析。在表層和1/2 厚度處分別按照 LT ( 橫向) 和ST( 縱向) 方向取樣,按照GB /T228. 1— 2010進行室溫拉伸性能檢測,按照GB /T 229—2007進行室溫沖擊性能檢測,其中,沖擊試樣規格為55mm×10mm ×10mm,加工成 45°× 2mm 的 V 型缺口試樣。利用ZWICK/150萬能拉伸實驗機進行室溫拉伸性能測試,利用 ZWICK/BRA 擺錘沖擊實驗機進行沖擊性能檢測。

 

    3 結果與討論

    3. 1 鑄錠成分均勻性

    在鑄錠的頭部、中部、尾部3個部位取樣進行化學成分分析,成分檢測結果如表1所示。由表1可以看出,Ti80鈦合金鑄錠的主元素Al、Nb、Zr 和 Mo 的極差分別為900、400、300和400ppm,雜質元素 O的極差可以控制在80ppm,表明鑄錠整體成分均勻性良好。

  表 1 Ti80 鈦合金的化學成分 ( %,質量分數)

 

    3. 2 鍛坯性能穩定性

    Ti80鈦合金鍛坯的拉伸性能和沖擊性能檢測結果如圖4和圖5所示,不同位置、不同方向的抗拉強度Rm和屈服強度Rp0. 2偏差分別為 6 MPa,伸長率A的偏差為2%,斷面收縮率Z的偏差為4% ,沖擊力Kv2的偏差為5J,表明Ti80 鈦合金鍛坯不同位置、 不同方向的力學性能差異很小,具有良好的性能穩定性。

    3. 3 鍛坯組織均勻性

    Ti80鈦合金鍛坯頭部和尾部的低倍組織所示,可以看出,鍛坯頭部和尾部的低倍組織均勻一致,均為均勻的模糊晶組織。

 

 

    Ti80鈦合金鍛坯不同位置的橫向顯微組織照片?梢钥闯,鍛坯熱處理后不同位置的顯微組織基本一致,均為球狀初生α+ 片層次生α組成的雙態組織,在轉變β基體上分布著初生的等軸和拉長 α 相,不同位置組織均勻性良好。均勻分布的片層α相可以有效保證合金具有良好的沖擊韌性。

  圖 7 不同位置的 Ti80 鈦合金鍛坯的顯微組織

 

     4 結論

    (1) 西部超導公司率先在國內實現了Φ1020 mm、 單重超過 11000kg 超大規格的Ti80鈦合金鑄錠熔煉及單重7500kg超大規格的 Ti80鈦合金鍛坯鍛造的能力。

    (2) Ti80鈦合金鑄錠不同部位的成分均勻性良好,各主元素極差均控制在1000ppm以內。

    (3) Ti80鈦合金鍛坯不同位置及方向的力學性能差異極小,力學性能穩定性良好。鍛坯不同位置的低倍組織和顯微組織均勻一致,表明鍛坯具有良好的組織均勻性。

最后更新:2023-3-18
點擊次數:469

 

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