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Ti-2Al-2.5Zr合金是我国近年来开发的一种新型α钛合金,该合金具有低强度、高塑性、耐腐蚀、抗氧化和易焊接的特点。一方面,国家已确定Ti-2Al-2.5Zr合金用于某重点工程的核心设备制造;另一方面,该合金一直广泛应用于航空、舰船以及核反应堆等领域。由于合金间主要连接方式为焊接,导致配套焊接丝材的需求量不断增大,因此迫切需要一系列研究,实现该合金丝材的批量生产,以满足各个领域的需求。本文对该合金丝材(φ1.2~φ4mm)的制备工艺与合金丝材的组织性能进行了系统的研究,为合金丝材的生产和应用提供了依据。其主要工作如下:
通过拉伸模拟试验,研究Ti-2Al-2.5Zr合金的热变形行为。该合金在600~800℃,应变速率为0.003 s-1、0.015 s-1、0.03 s-1变形时,流动曲线为典型动态回复型曲线,主要软化机制为动态回复,变形抗力对应变速率的敏感程度随温度升高而增加;在600~800℃的变形激活能约为350KJ/mol;在600℃变形时为晶粒伸长的动态回复组织;在700~800℃变形时由动态回复的拉长晶粒与少量动态再结晶的细小等轴晶粒组成,并且随变形程度的增加,动态再结晶越明显。
从拉拔、模具和润滑剂等几方面系统研究Ti-2Al-2.5Zr合金丝材的拉拔工艺,提出了合理工艺参数,为该合金丝材的生产提供可靠的实验数据。Ti-2Al-2.5Zr合金丝材可进行冷拉拔加工,冷变形量可达50%;具有较宽的热拉拔加工区间,在600~800℃拉拔经真空退火后可获得稳定的组织和力学性能;在拉拔()8.0~()4.0mm时道次加工率可选择在15~20%,小于()4mm选择在10~15%;选择硬质合金模、进行氧化或石墨乳涂层处理,辅以石墨乳润滑剂,可有效的保护丝材,获得令人满意的丝材表面;采用辊模与固定模串联组合,用辊模实现大变形,而用固定模实现细丝拉拔以及最终定径。
另外研究了Ti-2Al-2.5Zr合金再结晶退火规律。合金丝材在700~750℃、保温1h真空退火,可实现完全再结晶,得到均匀、细小的等轴晶粒,丝材强度、塑性综合匹配最佳;合金的再结晶动力学模型采用x(t)1-exp(-πNv3t4/3)表示,温度对再结晶速率有明显影响,但不影响其动力学机制;合金的晶粒长大动力学模型采用贝尔公式表示,动力学时间指数值随温度的升高而升高。
在相变点之下退火的Ti-2Al-2.5Zr合金丝材具有<2,-1,-1,0>丝织构,其织构来源于拉拔加工与再结晶退火;在相变点之上(950℃)退火的合金丝材除了具有<2,-1,-1,0>丝织构外,还具有相对较弱的<2,-1,-1,3>丝织构,其中<2,-1,-1,3>丝织构来源于β相至α相的转变。