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TC10钛合金α+β/β转变温度分析

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 99次


(宁夏东方钽业股份有限公司,石嘴山,753000

 

摘要:TC10是典型的α+β型钛合金,其理论α+β/β转变温度约在940℃。根据各元素对β相变点的影响建立数学公式计算其理论α+β/β转变温度,通过淬火连续升温金相法测定,实验发现两者之间存在一定的差别,因此在实际科研、生产中一般通过金相法或差示扫描量热法进行α+β/β转变温度测试,理论计算值只作为参考。

关键词:TC10钛合金;显微组织;转变温度;差示扫描量热法

中图分类号:TG146.1       文献标识码:A        文章编号:

Measurement for α+β/βtransformation point of titanium alloy TC10

PANG junbao,ZHU baohui,TANG shouquan,HU xiaocheng,CHEN ruibo

(Ningxia Orient Tantalum Industry Co.Ltd,Shizuishan 753000,China)

Abstract: The typical titanium alloy for TC10 is belong to α+βsystem,and theoretical transformation point was about 940. Chemical composition of alloy element will affect and found theoretical formula to calculate it.The true transformatiin point was determined by microstructure method.Their are different result.between calculating and testing.So we use microstructure or measurement method to test it.in production and research. theoretical transformation point is only reference.

Keywords: TC10 titanium alloy;microstructure,transformation point;differential scanning calorimetry method

 


TC10钛合金(合金名义成份为Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe)是一种富β稳定元素的α+β型合金,具有较高的室温及高温拉伸强度,属马氏体型热强钛合金[1],是钛--钒系TC4(合金牌号为Ti-6Al-4V)的延伸。通过调整钒的含量,添加锡及少量的铁和铜得到TC10,加强该合金退火后的强度,以及热处理特性大大改善。TC10钛合金适用于以下几种加工产品类型,即锻坯,棒材、厚板,薄板和挤压制品。

铝是稳定的α相元素,提高β转变温度,V是稳定的β相元素,以及铁、铜和锡降低α+β/β转变温度。2%的锡含量使α相和β都得到了强化,与铝同样起到了提高室温和高温强度的作用。不同钛合金甚至是同一种钛合金β转变温度变化都很大,可以用化学成分的差异、不均匀以及钛的吸气能力强来解释[2].TC10钛合金α+β/β相理论转变温度约在940℃,具体相变温度需要进行测量来获得。

钛及钛合金在α+β/转变温度以上或以下变形加工和热处理,所得的组织、性能差别很大,故α+β/β转变温度是制定热加工工艺规范的一个重要参数[23]。通过钛合金材料的α+β/β转变温度测试,可以为下一步材料热处理加工工艺提供准确的依据,对于提高产品质量,减少由于热处理温度控制不准确造成金相组织不够完善或等级偏低具有重要的指导作用。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用TC10钛合金是真空自耗电弧炉经三次真空熔炼的钛锭,TC10钛合金化学成分见表1

1.2 试验方法

   TC10钛合金Φ91mm的棒材料用线切割设备制成Φ15x20mm的圆截面试样。在理论TC10 α+β/β相理论转变温度附近,每隔5℃选取一个温度点,共8个温度点进行热处理试验,试样在设定温度下保温30分钟后,迅速入水淬火(转移时间≦3s),采用奥林巴


1  TC10化学成份(≤%)

Tab.1 Chemical composition of TC10(≤%)

元 素    Ti    Al     V       Sn     Fe       Cu      C       N       H      O

测试值 余量  5.95     5.98    2.06    0.81     0.79    0.0085  0.035  0.0020  0.109

标准值 余量  5.0-6.0  5.0-6.0  1.5-2.5  0.35-1.0  0.35-1.0  0.05   0.04   0.0125  0.20


GX51型金相显微镜观察金相组织中的初生α相含量,确定该产品的α+β/转变温度。

淬火金相法测试制备的钛合金样品的α+β/转变温度,观察金相组织。材料的热处理在控温精度在±3℃的箱式电阻炉中进行。

TC10连续升温金相法的热处理试样显微组织利用OLYMPUS GX51金相显微镜进行观察,TGA/DSC1同步热分析仪进行差示扫描量热法分析[4,5]

2 试验结果与讨论

2.1 α+β/β转变温度理论计算:

钛合金中各合金元素以及杂质元素对相变温度都有重要的影响,因此根据各元素对相变点的影响推算出其理论相变温度。

TC10相变温度计算利用下面公式进行:

Tβ()=885+23(ωAl-2)+ 200ωC+550ωN+200ωO-14ωV-1ωSn-16.5ωFe-12ωCu-550ωH

式中885℃为计算时应用的纯钛的相变点温度,ω为各元素的质量分数,将TC10的各元素含量(表1)带入上公式计算得出其β相变温度为935℃。

2.2金相法测定TC10合金α+β/β转变温度

钛合金在β转变温度以下,随着加热温度升高,钛合金中初生α相的含量越来越少,β相的含量越来越多,达到某一临界温度后,将全部转变为β相。在该临界温度以上保持一定时间后快速入水淬火,时间以小于3秒为佳,可以达到没有初生α相的针状马氏体或亚稳定β相组织。通过观察淬火试样的金相组织,其初生α相含量小于3%,就可以判断出钛合金全部转变为β相组织的最低温度,这一温度就是该合金的相变温度。

连续升温金相法由于淬火温度间隔选择较小,测量的准确性较高,因此更能准确测量钛合金α+β/β转变温度,通过连续升温金相法,观察不同淬火温度的试样在光学显微镜下的显微组织变化,发现升温过程中某一温度点金相初生α含量小于3%,而下一温度点初生α相则相完全消失,初生α含量小于3%的温度点确定为钛合金的α+β/β转变温度,这是目前最常用也最准确的一种方法。

2可以看出,随着加热温度升高,晶粒在不断长大,尤其在相变点以上,组织形貌变化明显。超过940℃后初生α相基本消失,合金组织为单一的β转变组织。因此,940℃确定为该合金的相变温度。


(a)  925℃                       (b)  930℃                          (c)  935℃

   

 (d)  940℃                       (e)  945℃                      (f)  950℃

 

(g)  955℃                              (h)  960℃

                       1 试样不同温度下的显微组织

Fig.1 Microstructure of the sample under different temperature


2.3  差示扫描量热法进行TC10钛合金α+β/β转变温度测试

利用TGA/DSC1同步热分析仪,在测试试样前,通过对已知转变温度的高纯金属进行测量校准仪器,使用Al2O3作为参比样品,控制实验升温速率为20/min,保护气体Ar流量为50mL/min,测量空白曲线。在相同条件下对样品进行测量并自动扣除空白值,得到TC10钛合金的DSC-T升温曲线(图2

        2 TC10合金DSC-T升温曲线图

        Fig.2 DSC-T temperature curves of TC10 alloy

  在α+β/β转变温度点处,DSC升温曲线上有明显的吸热(放热)峰值变化,从图2看出TC10的α+β/β转变温度为935℃。

3结论

1TC10钛合金连续升温金相法测定的α+β/β转变温度940℃,差示扫描量热法与理论计算结果均为935℃,三种方法的α+β/β转变温度基本一致。

2)连续升温金相法是最常用,同时也是最可靠的测定钛合金α+β/β转变温度的方法,相对差示扫描量热法与理论计算方法效率较低。

3)由于冶金过程中化学成分的细微变化都对α+β/β转变温度的理论结果产生变化。因此,准确的化学成分是理论计算值的基础。在实际应用过程中,理论结果只能做参考。要获得准确的α+β/β转变温度需要通过连续金相法进行确定。在对相变点无特殊要求时,可使用理论计算值进行钛合金的热处理。

 

参考文献:

[1]  赵树萍,吕双坤,郝文杰 钛合金及其表面处理[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,200324

[2]  E.A.鲍利索娃,陈石卿 译.钛合金金相学[M].北京:国防工业出版社,1986374

[3]  《有色金属及其热处理》编写组.有色金属及其热处理[M].北京:国防工业出版社,1981187

[4]  吴化,刘姗姗.差示扫描量热法测定22Mn2SiVBSCCT曲线[J].上海:理化检验-物理分册20084412):688

[5] 田飞,曾卫东,马雄,孙宇,周义刚:物理分析法与金相法测定BT25钛合金相变点[J].材料热处理学报2011325):1-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

作者简介:

庞君保(1971-),大学,男,工程师。

工作单位:宁夏东方钽业股份有限公司钛材分公司;

 

 

 

 

          

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