美國Timet公司設計開發(fā)了一種抗氧化性能優(yōu)異的鈦合金材料,其名義化學成分為Ti-3Al-2.7Nb-15Mo-0.2Si,并將其命名為TIMRT21s,由于其為亞穩(wěn)定β型鈦合金,后期通稱為β21s鈦合金。研究發(fā)現(xiàn),β21s鈦合金不僅抗氧化性能優(yōu)異,而且該合金的抗腐蝕性能高出普通鈦合金1~2個數(shù)量級。該合金由于在固溶狀態(tài)下具有良好的室溫塑性,因而具有良好的冷熱加工性能,可以進行航空航天鈑金產(chǎn)品的加工。合金主要β穩(wěn)定元素為高熔點的鉬和鈮,使合金具有良好的抗氧化性能,可制造長時間用于500℃高溫環(huán)境下服役的零部件。目前,美國已經(jīng)使用β21s鈦合金板材制造波音777飛機發(fā)動機吊艙部件以及航天飛機用鈦基復合材料高溫部件等,但是針對其板材成形的固溶處理制度以及零件使用狀態(tài)的時效制度尚未見報道。
鑒于此,科研人員研究了不同固溶溫度對β21s鈦合金板材顯微組織和室溫力學性能的影響規(guī)律,同時選定不同時效溫度,研究了時效溫度對β21s鈦合金板材室溫及高溫力學性能的影響。
將精選一級海綿鈦、鋁豆、鋁鈮中間合金、鈦鉬中間合金等原材料均勻混合后壓制并焊接成自耗電極,在1000kg真空自耗電弧爐上經(jīng)過3次熔煉生產(chǎn)出β21s鈦合金成品鑄錠,鑄錠化學成分符合美國ASTMB265標準要求。鑄錠選擇在β相區(qū)加熱開坯,然后在(α+β)相區(qū)加熱鍛造成60mm×400mm×600mm規(guī)格板坯,再在(α+β)相區(qū)加熱將其熱軋為6mm厚度的板坯,最后冷軋為2mm厚度的板材,酸洗清理表面后進行試驗。研究選定了4種固溶溫度(800、815、830、845℃×10min,空冷)和3種時效溫度(550、600、680℃×8h,空冷)進行試驗,以研究固溶溫度和時效溫度對β21s鈦合金板材顯微組織與力學性能的影響。試驗結(jié)果如下:
(1)β21s鈦合金板材高溫固溶時,隨固溶溫度升高,合金固溶態(tài)強度降低、塑性提高。
(2)β21s鈦合金板材固溶+時效態(tài)力學性能與其時效溫度的選擇有很大關(guān)系。隨著時效溫度的升高,合金時效態(tài)強度降低、塑性提高。
(3)β21s鈦合金板材在845℃固溶后,可獲得理想的室溫加工塑性,經(jīng)600℃時效后,其室溫抗拉強度可達1200MPa以上、伸長率保持在10%以上,同時其500℃高溫抗拉強度可達700MPa以上。