利泰金属 - 国内钛合金、稀有金属金牌供应商

海洋工程用超大规格Ti80钛合金锻件锻坯化学成分与力学性能

发布时间: 2021-11-12 19:00:34    浏览次数:

Ti80钛合金是我国自行研制的875MPa级耐蚀可焊α+β型结构钛合金 , 其名义成分为 Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo, 在国标中对应的牌号为 TA31 [1 - 3] 。其由于优异的冲击韧性 、 断裂韧性和耐蚀性能 , 以及良好的焊接性能 , 现已批量化应用于潜艇和水中兵器的受力构件 、 螺栓 、 轴以及耐压壳体等 , 在船舶 、石油 、 化工 、 机械等领域具有广阔的应用前景。

本文首次开展了海洋工程用超大规格Ti80 钛合金锻坯的工程化制备研究 , 对所研制的超大规 格锻坯在不同位置 、 不同方向的组织和性能进行分析和评价 , 以推进 Ti80 钛合金材料在海洋工程领域的应用 。

1、实验材料

实验材料为西部超导材料科技股份有限公司经3次真空自耗电弧熔炼的Ti80钛合金铸锭 。 铸锭规格为φ1020 mm, 单重超过 1000 kg, 铸锭实物图如图1所示 , 采用金相法测得其相变点为 995 ~1000℃ 。 铸锭经80MN快锻机在相变点以上开坯锻造 , 充分破碎铸态组织后 , 在相变点以下多次徹拔变形 , 进一步细化晶粒 , 最后 , 将坯料在α+β两相区锻造成 340mm×1800 mm×2700mm的锻坯 , 锻坯单重超过 7500 kg, 锻坯实物图如图 2所示 。

a1.jpg

2、实验仪器及方法

在锻坯头部和尾部分别取 340mm×1750mm×25mm的试样片进行热处理 , 热处理制度为965 T/2 h, 冷却方式为空冷 。 热处理后进行低倍组织观察,同时 , 在低倍试样的不同部位取15 mm×15 mm×25mm 的金相试样 , 金相试样取样位置如图3所示。

采用配比为 HF::HN0O3:H2O = 1:3:5的腐蚀液腐蚀后, 使用 OLYMPUS 立式金相显微镜对显微组织进行观察分析 。 在表层和 1/2 厚度处分别按照 LT ( 横向 ) 和 ST ( 纵向 ) 方向取样 , 按照 GB/T 228.1 —2010进行室温拉伸性能检测 , 按照 GB/T 229-2007 进行室温冲击性能检测 , 其中 , 冲击试样规格为 55mm ×10mm×10mm , 加工成 45°×2mm 的V 型缺口试样 。 利用 ZWICK/15 0 万能拉伸实验机进行室温拉伸性能测试 , 利用 ZWICK/BRA 摆锤冲击实验机进行冲击性能检测。

a2.jpg

3 、结果与讨论

3.1 铸锭成分均匀性

在铸锭的头部 、 中部 、 尾部 3 个部位取样进行化学成分分析 , 成分检测结果如表 1 所示。 由表 1可以看出 , Ti80钛合金铸锭的主元素 Al 、 Nb 、 Zr和 Mo 的极差分别为 900 、 400 、 300 和 400 ppm, 杂质元素 0 的极差可以控制在 80 ppm, 表明铸锭整体成分均匀性良好。

b1.jpg

3.2 锻坯性能稳定性

Ti80钛合金锻件锻坯的拉伸性能和冲击性能检测结果如图 4 和图 5 所示 , 不同位置 、 不同方向的抗拉强度心和屈服强度尺妙2偏差分别为 6 MPa, 伸长率A 的偏差为 2%, 断面收缩率 Z 的偏差为 4%, 冲击功 Kv2的偏差为5J, 表明 Ti80 钛合金锻坯不同位置 、不同方向的力学性能差异很小 , 具有良好的性能稳定性 。

a45.jpg

3.3 锻坯组织均匀性

Ti80钛合金锻坯头部和尾部的低倍组织如图6所示 , 由图 6 可以看出 , 锻坯头部和尾部的低倍组织均匀一致 , 均为均匀的模糊晶组织 。

a6.jpg

图 7 为 Ti80 钛合金锻坯不同位置的横向显微组织照片 。 由图 7 可以看出 , 锻坯热处理后不同位置的显微组织基本一致 , 均为球状初生α + 片层次生α组成的双态组织 , 在转变β基体上分布着初生的等轴和拉长α相 , 不同位置组织均匀性良好 。 均匀分布的片层α相可以有效保证合金具有良好的冲击韧性 。

a7.jpg

4、结论

( 1 ) 西部超导公司率先在国内实现了φ1020mm 、单重超过11000kg 超大规格的Ti80钛合金铸锭熔炼及单重7500kg 超大规格的 Ti80 钛合金锻坯锻造的能力 。

(2) Ti80 钛合金铸锭不同部位的成分均匀性良好 , 各主元素极差均控制在1000ppm以内。 

(3) Ti80 钛合金锻坯不同位置及方向的力学性能差异极小 , 力学性能稳定性良好 。 锻坯不同位置的低倍组织和显微组织均匀一致 , 表明锻坯具有良好的组织均匀性 。

参考文献 :

[1] 赵永庆.我国创新研制的主要船用钛合金及其应用 [J]. 中国材料进展 , 2014. 33 (7) : 398 -404.

Zhao Y Q. The new main titanium alloys used for shipbuilding de ­veloped in China and their applications [J]. Materials China,2014, 33 (7) : 398 -404.

[2] 陈军 , 赵永庆 , 常辉 , 等.中国船用钛合金的研究和发展[J]. 材料导报, 2005, 19 (6) : 67 -70.

Chen J , Zhao Y Q, Chang H , et al. Research and development of titanium alloy for shipbuilding in China [J]. Materials Reports , 2005, 19 (6) : 67 -70.

[3] 曹福辛.载人潜水器材料技术发展现状 [J]. 中国材料进展,2011, 30 (6) : 33 -36.

Cao F X. Development of materials for manned deep-ocean sub ­mersible [ J ] . Materials China, 2011 , 30 (6 ) : 33 — 36.

[4] 文志刚 , 王韦琪 , 王小翔 , 等.热处理温度对 Ti-6Al-3Nb-2Zr-lMo 合金板材显微组织和性能的影响 [J]. 中国有色金属学报 , 2010, 20 (1) : 647 - 649.

Wen Z G , Wang W Q, Wang X X , et al. Effect of heat treatmenttemperature on microstructure and properties of Ti-6Al-3Nb-2Zr-1 Mo plate [ J ] . The Chinese Journal of Nonferrous Metals , 2010 ,20 (1) : 647 -649.

[5] 罗锦华 , 朱艳丽 , 孙小平 , 等.热加工及热处理工艺对 Ti80合金棒材组织和性能的影响 [J]. 钛工业进展 , 2016, 33(2) : 20-24.

Luo J H , Zhu Y L, Sun X P, et al. Effect of hot working and heattreatment process on microstructure and properties of Ti80 alloy bar[J]. Titanium Industry Progress, 2016, 33 (2) : 20 -24 .

[6] 沙爱学 , 李兴无.储俊鹏.等.热处理工艺对 TA15 钛合金冲击性能的影响 [J1- 稀有金属 , 2006, 30 (1) : 26-29.

Sha A X , Li X W, Chu J P, et al. Effect of heat treatment processon impact properties of TA15 titanium [ J ] . Chinese Journal ofRare Metals, 2006, 30 (1 ) : 26 -29.

[7] 张奕 , 庾高峰 , 杜予晅 , 等.锻造工艺对 Ti-632 1 合金棒材显微组织与力学性能的影响 [J]. 钛工业进展 , 2010, 27

(6) : 34 -35.Zhang Y , Yu G F, Du Y X , et al. Effect of forge process on mi ­crostructure and properties of Ti-632 1 alloy bar [J 」 . Titanium In ­dustry Progress , 2010, 27 (6) : 34 -35.

[8] GB/T 228. 1-2010 , 金属材料 拉伸试验 第 1 部分 : 室温试验方法 [S].

GB/T 228. 1 — 2010 , Metallic materials — Tensile testing — Part 1 :Method of test at room temperature [ S] .

[9] GB/T 229 — 2007, 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法 [S].

GB/T 229 — 2007 , Metallic materials — Charpy pendulum impacttest method [ S] .

[10] 马凡蛟 , 杜予晅 , 陈海生 , 等.退火工艺对 Ti80 合金组织与性能的影响 [J]. 金属热处理 ,2012, 37 (4) ; 119-122.

Ma F J, Du Y X , Chen H S, et al. Effect of annealing treatmentprocess on microstructure and properties of Ti80 alloy [ J ] . HeatTreatment of Metals, 2012, 37 (4) : 119 - 122.

[11] 孙志杰 , 李士凯 , 王洋 , 等.退火温度对 Ti80 合金组织及力学性能的影响 [J]. 热加工工艺 , 2019, 48 ( 10) : 189 -192.

Sun Z J, Li S K, Wang Y , et al. Effect of annealing treatmenttemperature on microstructure and properties of Ti80 alloy [J ,.Hot Working Technology, 2019 , 48 ( 10 ) : 189 — 192.

[12] 郝晓博 , 李渤渤 , 刘茵琪 , 等. Ti80 合金中厚板沿厚度方向组织与性能的不均匀分布 [J]. 金属热处理 , 2019, 44 (2) :50 -53.

Hao X B , Li B B, Liu Y Q , et al. Inhomogeneity distribution ofmicrostructure and properties in thickness direction of Ti80 alloymedium plate [J]. Heat Treatment of Metals , 2019 , 44 ( 2 ) :

50 -53.

[13] 杨治军 , 郭爱红 , 吴义舟 , 等. Ti6321 钛合金退火处理过程中组织演变及其对冲击韧性的影响 [J]. 中国有色金属学报 , 2013, 23 (7) : 512 -516.

Yang Z J , Guo A H , Wu Y Z, et al. Microstructure evolution of Ti6321 titanium alloy during annealing treatment and its effect onimpact toughness [ J ] . The Chinese Journal of Nonferrous Metals ,2013, 23 (7) : 512 -516.

在线客服
客服电话

全国免费服务热线
0917 - 3388692
扫一扫

bjliti.cn
利泰金属手机网

返回顶部

↑