TC11鈦合金雙重熱處理工藝設(shè)計

鈦及鈦合金具有密度低、強度高、無磁、耐腐蝕等優(yōu)點，被視為繼鐵、鋁之后尚處于發(fā)展中的第三金屬。其應用領(lǐng)域日趨廣闊，總產(chǎn)量和使用量日漸增加，但目前應用前景最好、使用量最大的仍是高溫鈦合金。

TC11是綜合性能優(yōu)異的α+β型500℃高溫鈦合金，室溫強度高，熱強性好，是制造航空發(fā)動機，高壓壓氣機盤以及葉片等的主要材料，也被用于制造飛機上的重要承力部件。魏氏組織斷裂韌性高、疲勞裂紋擴展速率性能差，限制了TC11鈦合金的服役性能。魏氏組織是實際熱加工過程中容易出現(xiàn)且很難避免的組織，且可以模擬焊后組織，所以采取雙重熱處理對組織改性具有重大的理論及現(xiàn)實意義。

采用電子耦合等離子光譜儀、碳硫分析儀和蒸餾法對試驗用TC11鈦合金進行化學成分測定，得到各元素含量為Al5.88、Mo3.00、Zr1.14、Si0.25、Fe0.1、C0.015、N0.018、余量Ti。對原始魏氏組織進行等軸化處理，測得合金的相變點為1005℃。

合金中等軸α相的含量與其塑性有一定的對應關(guān)系。研究人員對魏氏組織進行雙重熱處理，通過控制工藝參數(shù)使α片層長徑比減小、甚至球化，從而提高塑性，改善合金綜合性能。第一步熱處理：在接近β相變點的溫度下保溫不同時間后水冷，目的是使具有較大縱橫比的α片層碎化，為后續(xù)熱處理提供有利條件。第二步熱處理：在稍低于一次熱處理的溫度下保溫不同時間后空冷，目的是生成一定量的次生α相，并使已碎化的α相球化。

優(yōu)化工藝設(shè)計原則：選擇α相球化效果好、條狀α相長徑小的熱處理溫度和時間。T1=995℃、T2=980℃、t1=60～120min、t2=60/120min時，球化α相體積分數(shù)最多、條狀α相平均長徑最小，則優(yōu)化工藝：995℃/60、90、120min/WQ+980℃/60min/AC和995℃/60、90、120min/WQ+980℃/120min/AC。

雙重熱處理前，TC11鈦合金的力學性能分別為：σs=857.91MPa、σb=932.05MPa、ψ=6.10%、靜力韌度=6059.20J。經(jīng)過995℃/60min/WQ+980℃/60min/AC雙重熱處理后，試樣的性能變?yōu)棣襰=977.00MPa、σb=1113.47MPa；經(jīng)過995℃/90min/WQ+980℃/120min/AC雙重熱處理后，試樣的σs=972.65MP，σb=1115.6MPa，強度提高較多。經(jīng)995℃/90min/WQ+980℃/120min/AC處理后試樣的ψ=7.98%，靜力韌度=7651.50J；經(jīng)995℃/120min/WQ+980℃/120min/AC處理后試樣的ψ=8.15%，靜力韌度=8371.87J，延伸率、靜力韌度提高較大。綜合比較各項力學性能，合金經(jīng)過995℃/90min/WQ+980℃/120min/AC處理后，綜合性能最佳。