高溫鈦合金是現(xiàn)代航空發(fā)動機的關(guān)鍵材料之一,主要用于航空發(fā)動機壓氣機盤、葉片等鍛造零件,以減輕發(fā)動機重量、提高推重比。高溫鈦合金的發(fā)展趨勢則是加入稀土元素。我國在這方面做了很多研究,例如Ti55合金和Ti60合金均加入了稀土Nd,向Ti600合金中加入稀土Y及Ti633G合金中加入稀土Gd,在改善合金性能方面均取得了很好的效果。加入稀土元素改善合金熱穩(wěn)定性主要是通過稀土元素與合金基體中的氧作用,形成復(fù)雜化合物,凈化合金基體,從而提高合金熱強性和熱穩(wěn)定性。目前,國外600℃高溫鈦合金研究成果已用于航空發(fā)動機上,如英國的IMI834、美國的Ti-1100、俄羅斯的BT18Y等都取得了良好的使用效果。TC17鈦合金是一種綜合性能優(yōu)良的近β型合金,其名義成分為Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%),該合金既可在α+β相區(qū)進(jìn)行鍛造也可在β相區(qū)進(jìn)行鍛造。它不但具有較高的強度、淬透性和斷裂韌性,而且耐熱穩(wěn)定性好,疲勞性能高,熱加工性能好。IMI550鈦合金是英國帝國金屬公司研制成功的一種熱處理強化a+p型鈦合金,其名義成分TMAMMo-2Sn~0.5Si,使用溫度達(dá)到400°C,與同期的美國Ti6Al4V合金相比,抗拉強度提高了10%。
本文根據(jù)IMI550鈦合金材料特性和應(yīng)用特點,擬對軋制溫度對IMI550鈦合金棒的組織和力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究,以期獲得強度、塑性和蠕變性能等綜合性能匹配良好的顯微組織,為工業(yè)生產(chǎn)制定合理有效的熱加工工藝提供理論指導(dǎo)。
(1) IMI550鈦棒直徑7;-60C、7;-25C和%+15C溫度軋制后的顯微組織分別為等軸組織、雙態(tài)組織和網(wǎng)籃組織。
(2) 具有網(wǎng)籃組織的IMI550鈦棒室溫宏觀拉伸斷口頸縮較小,微觀斷口由許多平直的解理小平面組成,解理小平面之間有明顯的撕裂棱,呈現(xiàn)出準(zhǔn)解理斷裂特征,但存在少量尺寸和深度相對較小的韌窩,表明其仍有一定的塑性特征;400C高溫拉伸宏觀斷口中心區(qū)出現(xiàn)了粗糙纖維區(qū),微觀斷口中心區(qū)為小而淺的韌窩’呈現(xiàn)出一定的韌性斷裂特征。
(3) 具有等軸組織、雙態(tài)組織和網(wǎng)籃組織的IMI550鈦合金棒的室溫和400C高溫拉伸強度相當(dāng),并且等軸組織和雙態(tài)組織的塑性也相當(dāng),但是網(wǎng)籃組織的塑性較差,尤其是室溫塑性。
(4) 具有網(wǎng)籃組織的IMI550鈦合金棒的蠕變性能最好,其次為雙態(tài)組織,等軸組織的蠕變性能最差。
(5) 具有等軸組織、雙態(tài)組織的IMI550鈦棒試樣的室溫和400C高溫拉伸宏觀斷口均出現(xiàn)明顯的頸縮,微觀斷口形成大而深的等軸韌窩和杯狀的剪切唇,呈現(xiàn)明顯的韌性斷裂特征。