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Ti-6AI-4V航空緊固件熱成形溫度對顯微組織的影響研究(下)

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2.產(chǎn)品鐓制加熱參數驗證

為了驗證Ti-6AI-4V鈦合金緊固件在熱鐓時(shí),是否出現過(guò)熱現象,又對原材料進(jìn)行了頭部成形試驗,其加熱參數為溫度1000℃、940℃,保溫時(shí)間均為15s,其顯微組織如圖3所示。

3為不同加熱溫度下的Ti-6AI-4V鈦合金緊固件顯微組織特征,從中可肴出:圖3a原材料經(jīng)1000℃保溫15s后,經(jīng)壓力機鐓制成形后,晶粒長(cháng)大,成等軸的六邊形形狀,組織分布較為均勻;圖3b為桿部顯微組織,晶粒從表層到內部依次減小,由于高頻感應加熱為瞬時(shí)加熱,保溫時(shí)間較短,材料僅表層獲得了大量的能量,達到了原子的擴散激活能,使表層晶粒迅速長(cháng)大,而材料內部仍保持原材料組織狀態(tài)。加熱鐓制時(shí),產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)再(a)橫向組織(100×)結晶,且由于動(dòng)態(tài)再結晶的晶核形成及晶粒長(cháng)大期間仍受變形作用,使之反復形核、有限生長(cháng)的特點(diǎn),動(dòng)態(tài)再結晶得到等軸晶粒組織,晶粒較為細小,晶粒大小決定于應變速率和變形溫度。變形溫度越高,應變速率越低,也越易得到較大的晶粒。

 3c為高頻感應加熱940℃、保溫15s的顯微組織,從中可看出:晶粒較1000℃時(shí)明顯減小,晶粒破碎,剛形核的晶粒還沒(méi)有完全長(cháng)大就失去了長(cháng)大的驅動(dòng)力;圖3d為螺栓頭部上端面的顯微組織形貌特征,從圖中可看到在裂紋兩邊,顯微組織完全不同,裂紋左邊為過(guò)熱組織,較為粗大,裂紋右邊為細密、破碎的顯微組織。在塑性變形時(shí),對于p相來(lái)說(shuō),屬于體心立方結構,有48個(gè)滑移系;而a相為密排六方結構,只有3個(gè)滑移系。在受力時(shí),體心立方結構的p相比密排六方結構的a相變形要容易的多,在受力時(shí),滑移面的夾角與外力軸線(xiàn)的夾角越來(lái)越接近45。,并且在粗晶粒和細晶粒之間形成的內應力共同作用,導致了沿45。角開(kāi)裂現象。

3e為產(chǎn)品在成品檢測時(shí)發(fā)現的過(guò)熱現象。從圖中可看出:晶粒粗大,基體上無(wú)初生的a相,晶內出現明顯的魏氏組織,為典型的Ti-6AI-4V過(guò)熱組織;圖3f為圖3e的放大500×,從中可看出:組織粗大,成網(wǎng)狀的魏氏組織;圖3e與圖3f為熱鐓過(guò)熱產(chǎn)品,又經(jīng)940℃固溶與520℃時(shí)效處理之后的顯微組織。過(guò)熱組織在后續的熱處理過(guò)程中很難糾正。產(chǎn)品一經(jīng)交付將對產(chǎn)品的力學(xué)性能?chē)郎^大影響。

為找到合適的溫度和保溫時(shí)間,使Ti-6AI-4V原材料熱鐓成形時(shí)不產(chǎn)生過(guò)熱現象,既節約資源,又保證生產(chǎn)效率,又進(jìn)行了一系列的驗證,當加熱溫度降低至890℃時(shí),觀(guān)察產(chǎn)品經(jīng)鐓制成形后的組織形貌。

4為在固溶溫度940℃以下、加熱溫度為890℃、850℃的不同顯微組織。圖4a和圖4b為加熱溫度為890℃下的桿部與頭、桿結合處的組織特征,從中可以看出:其顯微組織與圖1所示的原材料相差不大;圖4c與圖4d為加熱溫度為850℃下桿部與頭、桿結合處的組織特征,其顯微組織比圖1中所示的原材料更為細小。在動(dòng)態(tài)再結晶過(guò)程中,由于加熱溫度不高,新形核的晶粒還沒(méi)有來(lái)得及長(cháng)大就失去了長(cháng)大所需的驅動(dòng)力,造成品粒細小。細小的晶粒在后續的熱處理過(guò)程中將逐步長(cháng)大,由于加熱溫度的限制,其長(cháng)大的程度也受到很大的限制,形成更好力學(xué)性能的顯微組織。

圖2原材料過(guò)熱組織

不同溫度組織

不同溫度組織

圖4不同加熱溫度下的顯微組織

3.結語(yǔ)

通過(guò)對Ti-6AI-4V緊固件熱鐓加工參數對顯微組織影響的研究,在1000c、940℃下加熱與保持較長(cháng)時(shí)間,易產(chǎn)生顯微組織過(guò)熱、晶粒長(cháng)大及形成魏氏組織等缺陷;在890℃、850℃下鐓制,產(chǎn)品均未出現過(guò)熱現象,無(wú)折疊、裂紋等缺陷產(chǎn)生,850℃下鐓制更能提高生產(chǎn)效率,節約資源。后期熱處理及試驗證明,在該溫度下加工的產(chǎn)品,經(jīng)固溶、時(shí)效處理后,產(chǎn)品的抗拉強度、抗剪強度、疲勞強度、金相等均符合相關(guān)產(chǎn)品標準要求,保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

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