宝鸡钛合金厂家谈Ti75合金大厚板的力学性能

1、概述

Ti75合金是一种近α型钛合金，具有中等强度，良好的塑韧性和可焊性。过去研制的板材厚度为20mm，其力学性能R_p0.2≥630 MPa、R_m≥730MPa、A≥13％、z≥30％。目前试制的大厚板厚度为48 mm和70 mm，力学性能指标为：R_p0.2>550 MPa，R_m≥700MPa，A≥13％，Z≥25％。

我们知道，材料规格的扩大化，一般引起力学性能的下降。设计要求在扩大Ti75合金规格时，保持塑韧性指标不降的情况下，强度指标可下降30MPa，为了达到这一要求，在扩大材料规格时，除适当调整合金元素含量外，选择合理的热加工工艺是关键。本工作是对试制的大厚板不同部位进行解剖取样，测定其R_p0.2、R_m、A、Z4种性能，并进行统计分析，讨论了Ti75合金大规格板材力学性能的均匀性。

2、试验方法

试验用料为Ti75合金退火态板材。材料规格为48mm×1000mmxl500mm、70mm×1000 mmxl000mm。

将板材沿厚度方向分为表层、1/4层、1/2层等3层，沿对角线分为边部、1/2部、心部3部分，共9个位置，每部分分为T向(横向)、L向(纵向)两个方向取样。直接在板材上取样坯，再加工成标准试样。根据《金属材料室温拉伸试验方法》测试其力学性能。

3、结果与分析

板材力学性能试验结果(均值)见表1。

从表1结果可以看出：力学性能基本满足指标要求，屈服强度（R_p0.2）、断面收缩率（Z）与指标要求比余量大，抗拉强度（R_m）、延伸率a)余量较小，板材L向性能低于T向。

3.1统计方法的选用

金属及合金强度性能一般服从于正态分布。选用数理统计正态分布中的位置、散布特征参数，分析抗拉强度和延伸率的试验结果，所用参数是：算术平均值x、方差s、极小值a、极大值b。从板材所测5种数据中，R0.2、Z、AKv值均能满足指标要求，只有R0.2、Z、AKv种性能相差较大。因此，用R_m、A数据分析母体材料性能的差异，并讨论其产生的原因。

3.2板材拉伸性能的统计分析

由于强度性能服从正态分布，这里直接求出正态分布的平均值、方差、大与小的极值，板材上抽取的子样数少，故不作分布函数的检验。

3.2.1

48mm、70mm板材纵、横向的R_m、A的统计计算。

结果列于表2。

从表2可以看出：

a.不管是48 mm厚板或70 mm厚板，板材T向的强度均比L向高，前者高达36 MPa，后者高达27MPa，其方差值T向比L向高更多，48 mm厚板高42％，70mm厚板高36．5％，方差越大，表明函数分布的峰度系数比较负：

即数据分散度大，这一点从强度极值差也能看出，差值达50 MPa~55 MPa；

b.塑性指标延伸率的结果则相反，L向比T向高，极值差为5％～9％；

C.70mm厚板材抗拉强度比48 mm厚板低，且2种规格板材L向强度和塑性的差值比T向小。

3.2.3 Ti75合金厚板、国产TA5厚板、日产Ti6A14V(ELI)厚板的比较

对70 mm厚Ti75钛合金板、50 mm厚TA5板、105mm厚Ti6A14V(ELI)板的R_m、A的均值、方差、极值进行比较。如表3和表4所示。

从表3的数据可以看出，Ti75厚板强度横向比纵向高27MPa，而TA5厚板与TC4厚板其强度纵向比横向高，TA5高5．3MPa，TC4高4.7MPa，纵横方向强度差比Ti75合金小很多，方向性不明显，但S值均比Ti75合金大。尤其是TA5合金S达到28.5 MPa，数据分散性较大。

由表4可知：3个合金板材纵横向延伸率差较小。

TA5合金板纵向方差值较大，TC4合金板塑性较均匀，Ti75合金居中。

3.2.4部位(边部和中心)性能差的比较

对Ti75、TA5、Ti6A14V(ELI)3种合金厚板表层和心部的抗拉强度进行了比较，见表5。

从表5可以看出：Ti75板T向的抗拉强度，边部比心部高得较多，而纵向相差较小。TA5合金板的L向，边部比T向高，且差值较大，表明板材不同部位有严重的强度不均。TC4(ELI)合金板材，抗拉强度边部比心部高，但边部与心部差值均为30MPa，比较均匀。

3.3 Ti75合金板材合格率

根据对抗拉强度和延伸率的统计分析，大规格板材的抗拉强度和延伸率余量不大。48 mm厚板材纵向强度合格率只有81.9％，纵向延伸率合格率为96.6％，总合格率为79.1％。70 mm厚板材纵向强度合格率只有70.5％，纵向延伸率合格率为97.7％，总合格率为68.9％。

4、结论

1)Ti75合金48mm、70mm厚板，不同部位力学性能存在不均匀性，边部与中心部位性能差别较大，横向强度高，塑韧性低，不同方向性能差比TA5和TC4更大。

2)Ti75与TA5、Ti6A14V厚板力学性能相比，数据分散性差别不大。

3)Ti75合金厚板性能指标中，R_p0.2、Z与指标要求相比余量大，但R_m、A较低，影响材料的合格率。

参考文献

【1】Shu Delin(束德林)．MechanicalProperties of脑F亿，(金属力学性能)[M].Beijing：Mechanical Industry Press，1990：158