因为钛合金具有高的强度重量比和优良的抗腐蚀能力,所以人们开发新型宇航用钛合金热情高涨,近β和亚稳态β钛合金因为具有符合要求的性能组合而被认为是很有前途的钛合金,它们在用于生产大型异形结构件如飞机骨架、起落架等具有特别的吸引力。这类合金一般可以通过在β基体中形成细的二次α相析出的时效热处理而被沉淀强化,α相的形貌、体积百分数、尺寸及分布对强度和塑性都有很大的影响。
Ti-6554(Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al)是一种新型亚稳态β钛合金,开发适用于生产宇航重型异形结构件。为了获得强度和塑性的优良平衡,业已对合金的成分进行了优化。固溶和时效热处理后,合金的极限抗拉强度约为1250MPa,断裂韧性值从80~90MPam1/2。β相在大于750℃发生再结晶。经900~930℃固溶+560~590℃时效后合金具有高的强度和韧性。
Ti-6554是一种新开发的合金,所以相关的研究报道很少,但从类似合金如Ti-5553上,研究人员获得了不少有参考价值的工艺参数。澳大利亚昆士兰大学的研究人员研究了温度和加热速率对Ti-6554合金时效响应的影响。
Ti-6554合金成分如表1所示。合金经多次真空自耗重熔,然后锻造。热处理制度为:在830℃,1小时,空冷;时效热处理温度范围380~620℃,保持时间≤2天,空冷。对于时效热处理,试样放入炉温为环境温度的加热炉中,然后以5℃/min的速率加热至时效温度,或者,直接放入达到时效温度的预热炉中,这时的加热速率约为100℃/min。
表1 Ti-6554合金的化学成分(wt.%)
Cr |
Mo |
V |
Al |
N |
C |
O |
Fe |
其它 |
Ti |
6.05 |
4.95 |
5.09 |
4.20 |
0.02 |
<0.01 |
0.19 |
0.06 |
<0.01 |
余量 |
研究结果表明,强化程度随时效温度升高而降低,沉淀物形貌变粗,晶界α的范围和厚度随温度而增大。时效温度在440~500℃之间,时间4小时左右,得到最好的时效硬化响应,这是析出α相的缘故。在440℃,合金硬度值从275Hv增加到450Hv。以怎样的加热速率加热到等温时效温度对时效响应有显著影响。在500℃,发现以一较快加热速率加热的时效试样的硬度值分散度很大。对于在560℃时效,以一较快的加热速率加热到时效温度导致硬度到达峰值后快速下降,下降幅度相当于峰值的20%左右。较慢的加热速率(5℃/min)会增加α相析出物的成核位置数,使析出物更细、更均匀地分布。较快的加热速率(~100℃/min)产生粗大、快速粗大欠均匀分布的析出物。