论文部分内容阅读
Ti-6246合金是一种高强高温钛合金,常用在燃气涡轮发动机的中温部位,其长时使用温度400℃左右,短期工作温度可达540℃,在该温度范围内具有优异的力学性能。本文以Ti-6246合金为实验材料,利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射仪等测试技术,研究了热加工、热处理及焊接对合金显微组织和力学性能的影响,为其进一步应用提供依据。应用加工图理论研究了Ti-6246合金的高温变形行为和不同应变条件下的变形机制。Ti-6246合金真应力-真应变曲线受加工硬化和动态软化的双重作用影响。在热压缩过程中,流变应力峰值与温度和应变速率有关。流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而增大。应用Zener-Hollomon关系式以及双曲正弦函数关系式,计算合金α+β两相区的热变形激活能为429.9 kJ·mol-1,β单相区的热变形激活能为245.6 kJ·mol-1;建立了合金的高温变形本构方程,根据动态材料模型建立了合金的热加工图。通过对加工图进行分析可知,合金在895℃/0.5 s-1条件下发生动态再结晶,在动态再结晶区域内热变形后组织细小均匀。该合金的功率耗散效率的峰值区温度为860℃,ε=0.001 s-1。在此区间内合金发生动态回复与动态再结晶。在低温高应变速率区,合金发生失稳现象,其失稳形式为流变局域化。热处理工艺会显著影响Ti-6246合金的显微组织及力学性能,因此研究了固溶温度和冷却方式对合金的显微组织、相组成和室温拉伸变形行为的影响。在实验温度范围内,固溶处理后合金的相组成主要与冷却方式相关,在β单相区及(α+β)两相区固溶后水冷,β相均转化为α"马氏体和少量亚稳β相。空冷组织中β相转变为含有少量的次生α相的β转变组织,且随热处理温度的升高次生α相的含量增加,尺寸也逐渐增大。时效后组织中的亚稳相发生分解,生成细小的次生α相。固溶后水冷试样的拉伸曲线上出现"双屈服"现象,并且随固溶温度的升高合金第一屈服点逐渐升高。水冷和空冷试样经595℃/8h时效后,合金的强度提高,塑形降低。这种趋势在水冷试样中更明显。在两相区空冷,合金对热处理温度不太敏感,经595℃时效处理后合金室温拉伸性能可达到较好的强塑性匹配。Ti-6246电子束焊接接头由熔合区、热影响区和母材区三个区域组成,分析表明熔合区中由α相和β相组成,无α"马氏体和亚稳β相出现。焊接接头显微硬度呈不均匀分布,焊接接头各区域随距熔合区中心距离减少,显微硬度逐渐增加。焊后热处理后,熔合区和热影响区显微组织中析出细小的次生α相片层。随着焊后热处理温度由545℃增加至645℃,片层的厚度增大,数量逐渐增加。焊接接头熔合区和热影响区中的显微硬度值先升高再降低。焊接接头室温拉伸断裂均发生在母材区。焊接接头断口可观察到以韧窝为主的塑性断裂。焊后热处理会影响焊接接头熔合区、热影响区和母材区中α相的尺寸和形状,进而影响焊接接头的拉伸性能。焊后热处理条件下,接头拉伸强度的降低归因于母材中α相片层粗化导致的强度降低,接头拉伸塑性的改善归因于焊接接头各区域拉伸塑性的提高。Ti-624x合金焊接接头各区域的显微组织随Mo含量的变化而改变。Mo含量越低,Ti-624x合金焊缝熔合区中β柱状晶晶粒尺寸越大。熔合区柱状晶内部为全片层组织,且随着合金Mo含量的增加,柱状晶内部α相的尺寸逐渐降低。热影响区的组织由大量的等轴状β晶粒组成,且晶粒的尺寸随着与熔合区中心线距离的增大而减小。热影响区的显微组织为介于母材及熔合区之间的过渡组织,随着与熔合区中心线距离的减小逐渐由双态组织过渡到片层组织。焊接接头不同区域次生α相分布不同,导致焊态焊接接头的显微硬度呈不均匀分布。且随Mo含量的增加,焊接接头的硬度逐渐升高,其中Mo元素含量在4-5时硬度值的变化最大。随Mo含量的增加,熔合区的强度逐渐提高,室温塑性逐渐减低。