TC4ELI(ExtraLowInterstitial)钛合金在TC4合金的基础上,降低了间隙元素含量,提高了合金的断裂韧度和裂纹扩大速度[1-3]。。该合金兼具低海洋浸泡侵蚀速度、、、高强度(抗拉强度Rm≥895MPa)以及优良的成形/焊接机能[4],现已成为深海耐压壳体、、、舰船管路系统等关键部件的优选资料[5-6]。。随着海洋设备服役环境日趋严苛,对TC4ELI钛合金板材的低温冲击韧性(-20℃以下)及组织不变性提出了更高的技术要求。。本文以舰船用厚度为24mm的TC4ELI钛合金热轧板材为钻研对象,系统调查退火温度(760~1000℃)对板材显微组织演变及其室温/低温力学机能的影响法规,为制订板材热处置协同工艺提供数据支持。。

1、、、试验资料及步骤

试验原资料为新疆湘润新资料科技有限公司提供的TC4ELI钛合金热轧态板材(厚度为24mm):经3次真空自耗电弧炉熔炼成Φ689mm铸锭,铸锭经多火次铸造至厚度为307mm的板坯,板坯在两相区经三火次轧制为厚度为24mm的板材。。相变温度为977℃,化学成分见表1。。热处置试验在马弗炉中进行,设置5组退火工艺参数(表2):温度领域为760~1000℃,保温功夫为1h,空冷(AirCooling,AC)至室温。。参照GB/T232—2024[7],在板材1/4厚度处截取试样,取样方向别离与轧制方向呈0°(纵向)、、、90°(横向),进行以下测试。。

(1)室温拉伸试验:按GB/T228.1—2021[8]制备R7尺度试样,测试速度为2mm·min^-1。。

(2)冲击试验:制备10mm×10mm×55mm夏比V型缺口试样,按GB/T229—2020[9]别离进行室温及-20℃低温冲击测试,缺口轴线垂直于轧制面。。

(3)显微组织分析:试样经Kroll试剂(3%HF+6%HNO3+91%H2O)侵蚀后,使用光学显微镜观察其组织描摹。。冲击断口描摹通过扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察。。

2、、、试验了局与分析

2.1　退火温度对显微组织的影响

依照表2的热处置制度对试样进行热处置,显微组织见图1。。图1a、、、图1b和图1c的组织描摹类似,均为等轴初生α相+β转变组织,β转变组织由交错散布的次生α相和残存β相组成。。随着退火温度的升高,次生α相含量(即体积分数,下同)由25.9%增长至31.6%,片层结构厚度约增长89%(1.8μm3.4μm)。。当退火温度为960℃时,初生α相大量分化,α相含量仅为15%(图1d),组织为晶界等轴初生α相+β转变组织,β转变组织由晶内藐小片档次生α相集束和残存β相组成。。当退火温度达到1000℃(超过β相相变点Tβ=997℃)时,初生α相齐全溶化,形成粗壮的魏氏组织,见图1e。。

2.2　退火温度对冲击机能和拉伸的影响

依照表2的热处置制度对试样进行热处置,TC4ELI钛合金板材的力学机能见表3,冲击断口宏观描摹见图2,室温冲击断口微观描摹见图3,-20℃冲击断口微观描摹见图4。。板材冲击机能随退火温度的变动趋向如图5b所示。。室温冲击和-20℃冲击功随着退火温度变动趋向是一致的。。920℃退火时,室和善-20℃冲击功达到峰值,别离为47.3和40.2J。。图2a~图2d、、、图2f~图2i断口呈灰色,均由纤维区、、、放射区、、、剪切唇组成,产生韧性断裂。。图2e和图2j断口为发亮灰色结晶状,断裂机理为穿晶解理,产生脆断。。随着退火温度的升高,宏观断口的粗糙度逐步增大。。图3和图4显示,随着退火温度的升高(图3a~图3d、、、图4a~图4d),断口描摹无较大差距,断口均存在大量尺寸各别的等轴韧窝,韧窝之间相互缠结,以网状的大局排布,大韧窝的边缘有肯定数量的小韧窝[10-11]。。当退火温度达到β相相变

点Tβ以上时,断口描摹产生显著变动,图3e的韧窝数量少而深度浅、、、显微组织显著粗壮;图4e的解理断口呈河道花腔,周围存在少量韧窝。。

董晓锋等[11]、、、刘睿等[12]、、、NiinomiM等[13]等钻研证实,对于两相钛合金断裂过程,初生α相是裂纹萌生源及扩大通道;资料的断裂韧性正比于初生α相内部均匀自由程。。而图1a~图1c的初生α相差距不大,因而合理揣摩断裂韧性除了初生α相含量这一影响成分之外,还有其他成分。。对比观察图2c、、、图3c和图4c,能够揣摩出,在冲击断裂过程中,宽厚的片层状次生α相扭转了裂纹扩大的方向,使其不休进行蹊径分支,所以冲击功最大。。刘睿等[12]以为,拥有初生α相+β转变组织特点的TC4钛合金的动态断裂韧性受到初生α相和次生α相片层的交互影响。。董晓峰等[11]也以为,编织状多尺度片层组织中裂纹的扩大出现较多的偏转和二次裂纹,提高了合金的抗裂纹扩大能力。。片层α相在取向有利的情况下,可能提高裂纹的扩大功,拥有较为崎岖的裂纹扩大蹊径,出现裂纹绕过和穿过片档次生α相集束的景象。。

板材室温拉伸机能随退火温度升高的变动趋向如图5a所示。？Ｄ芄豢闯,分歧退火温度下板材抗拉强度Rm差距不大,在950~964MPa之间;划定非比例延长强度Rp0.2随着退火温度的升高,由885MPa降低至835MPa;在β相相变点以下退火时,板材的伸长率A和断面收缩率Z变动不大。。在β相相变点以上退火时,板材塑性急剧降落,其中,伸长率由16%降至9%,断面收缩率由46%降至13%。。

3、、、结论

(1)在β相相变点以下退火,温度对TC4ELI钛合金板材的强度和塑性影响不大;β相相变点以上退火,板材强度变动不大,但由于魏氏组织导致资料变形协调性差、、、塑性急剧降低。。

(2)在920℃以下退火时,初生α相含量差距不大,次生α相含量小幅度增长,次生α相片层厚度增大。。

(3)TC4ELI钛合金板材的室和善-20℃冲击机能随着退火温度的升高出现先升高再降低的趋向,920℃

退火时,室和善-20℃冲击功达到峰值。。次生α相的含量和结构对板材冲击机能拥有显著影响,在冲

击断裂过程中,宽厚的片层状次生α相扭转了裂纹扩大的方向,不休进行蹊径分支,因而,冲击功增长。。

(4)在840~920℃退火,板材的室温拉伸、、、室温冲击和低温冲击机能匹配优良。。

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