亚稳β钛合金Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn的单时效及双时效研究

  在过去的30年中,亚稳β钛合金因具有比α+β钛合金更为优异的成形性和淬透性而得到越来越多的关注和应用。亚稳β型Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn(Ti-15-3)合金可用于替代Ti-6Al-4V合金,满足航空用金属薄板的需求。该合金具有出色的冷成形性,并且其机械性能可以通过改变时效处理工艺进行调控。Ivasishin等人的研究表明,与单时效处理相比,双时效处理在改善Ti-15-3合金弹限强度和抗拉强度的同时,还可以改善合金的面缩及延伸率。

  此外,时效升温速率对α相在β基体上的析出有显著的影响,采用低的时效升温速率,可以使Ti-15-3合金获得更好的淬透性以及更高密度的析出α相。而关于时效升温速率结合多重时效对固溶态亚稳Ti-15-3合金的影响,目前尚未见报道。为此,Santhosh等人系统的探讨了在宽的时效温度范围内多重时效与低的时效升温速率相结合时对析出α相的影响,并获得了具有均匀细小的晶内α析出相以及良好的综合力学性能的Ti-15-3合金。实验采用的Φ16mm的Ti-15-3合金棒材由GEWick中国公司提供,原始状态为固溶处理态。将棒材用电火花线切割成6mm厚的薄片,在充氩保护的箱式电阻炉中进行时效,时效升温速率均为5℃/min。双重时效工艺为250℃×24h或300℃×10h+350℃~500℃(温度间隔为50℃)保温。与之对比的单时效工艺为:200℃~550℃(温度间隔50℃)保温。

  研究表明,300℃预时效可以加速亚稳β型Ti-15-3合金的析出进程。而250℃低温预时效可以获得更细小、更高密度的时效析出α相,这是因为低温预时效为后续的时效析出提供了大量均匀分布的先驱物。时效温度小于450℃时观察微观组织中出现晶界无析出带,时效温度大于500℃时这种晶界无析出带逐渐消除。经300℃×10h+500℃×10h和250℃×24h+500℃×8h的双重时效热处理后,合金可获得最好的强塑性匹配。与500℃单时效相比,250℃+500℃双时效热处理后,Ti-15-3合金中的析出α相更加细小,合金的高周疲劳寿命增加了四到五倍。