TA15钛锻件

详细描述

钛及钛合金具有众多优异的性能，如高的比强度、优良的耐腐蚀性、良好的低温性能以及无磁等特点，广泛应用于航空、航天、海洋、汽车和生物医药产业。

其应用水平日益成为衡量一个国家或地区的经济水平、社会发展和战略地位的重要指标。TA15钛合金是一种通用型高铝含量的近α型钛合金，兼有α型和α+β型钛合金的优点，具有中等室温和高温强度，良好的热稳定性和焊接性能，长时工作温度可达500℃，主要用于飞机结构件和发动机上，是一种重要的航空材料。

研究发现，晶粒细化可以有效提升钛合金的强度及塑性，进一步提高其使用寿命。大塑性变形技术（SPD）通过对金属施加大的塑性应变，有效细化金属组织，从而获得亚微米甚至纳米尺寸的晶粒，提高合金的综合性能。多向锻压工艺（MDF）是一种典型的大塑性变形方法，变形过程中对块状金属材料沿三个不同的轴向进行反复压缩，其工艺原理如图 1 所示。多向等温锻压不仅工艺简单、成本低，而且可使用现有的工业装备实现制备大块致密材料并使材料性能得到改善等目的，可直接用于工业生产。目前，对初始组织为片状或双态组织的 TA15 钛合金大变形量的热加工组织演变的研究多有报道。对初始组织为等轴状的TA15钛合金热加工变形的研究多在近β或β单相区温度区间，但存在变形后冷却速率不够快易造成晶粒尺寸迅速长大和材料不均匀问题，且高温β相组织难以保留。由于TA15合金锻压温度区间窄，在β转变温度下成形具有较低的延展性。因此，研究在相变点以下温度区间内大塑性变形参数对组织性能的影响具有较大的实际意义。本实验通过等温多向锻压实验，结合组织观察和室温拉伸性能测试，对在α+β相区温度加热后在不同变形条件下变形水冷后的初始组织为等轴状的TA15钛合金的显微组织演变和室温拉伸性能进行研究，探明初生α随变形道次和温度的演化规律，以获得组织均匀、综合性能优异的TA15合金材料。

TA15钛锻件锻压的组织变化特点：

1) TA15 钛合金经多向锻压变形后，晶粒主要通过机械破碎和动态再结晶细化。700 ℃变形条件下随着变形道次的增加，晶粒细化的主要方式由机械破碎转向连续动态再结晶，组织中粗大的初生α晶粒得到明显细化，3道次后细化至6.0μm，等轴α晶粒增多，显微组织均匀性得到有效提高。

2) 3 道次变形条件下，随着变形温度的升高，材料中的动态再结晶现象明显，合金中位错等缺陷减少，900 ℃，3道次变形条件下初生α晶粒细化效果不明显。

3) 多向锻压变形后，随着锻压道次的增加，材料的强塑性提高，700 ℃，3道次变形条件下抗拉强度提高到1443 MPa，延伸率增加到13.6%，变形温度的提高保证了材料的良好塑性，强度得到改善，材料综合性能得到明显提高。