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摘要:相变温度对钛合金加工工艺十分重要,合金加工需要进行热处理,对钛合金的相变温度范围需要计算出具体的数值。本文采用了计算法、差热分析法和连续升温金相法对钛合金试样进行了测定,取得了相变温度范围。文中对三种测试方法进行了分析,得出TC4钛合金的相变温度值为998℃。

  关键词:TC4钛合金;相变温度;连续升温金相法

  前言

  TC4钛合金的应用范围较广,并且应用的领域均属航空、航天工业,其对工艺的要求较高。在钛合金工艺改造过程中需要对其进行热处理,这需要分析钛合金的相变温度范围,文中针对一种钛合金试样采用了三种方法测试,得出相变温度值。

  1.TC4钛合金的性质及相变温度

  TC4钛合金(Ti-6Al-4V)的组成是由α和β两相钛合金组成,其优点为:(1)工艺性强;(2)可塑性强;(3)可焊接和耐腐蚀。TC4钛合金应用广泛,在我国主要体现在航空业和航天工业中。

  对钛和钛合金的加工需要进行热处理,所以TC4钛合金的相变温度的测定十分重要,也是TC4钛合金处理工艺的应用参数,处理时做热加工处理,加工钛合金,使其形成目的形状,需要对钛合金的适用温度进行掌控,这也是在钛合金热处理工艺中氧和氮污染指标的重要参考依据。在钛合金材料的使用工艺中,相变温度或相变温度范围需要有准确的数值,而钛合金的相变温度数值随着钛合金的成分不同和加工历史不同,每批原材料的相变温度也不同。

  2.TC4钛合金相变温度的测定与分析

  2.1不同方法对相变温度的测定

  2.1.1计算法对相变温度的测定

  钛合金相变温度的变化是热加工后对其中各元素的变化,通过计算法来推算其温度变化,计算法能够在连续升温金相法中提供淬火温度的选择范围[1]。

  使用计算法对钛合金相变温度的测定公式为:

  公式中885℃为单纯钛的相变温度;W为各元素的质量值;q为各元素对相变温度的影响。

  按照TC4钛合金的化学成分和杂质含量对相变温度的影响,计算公式为:

  钛合金中成分的含量对相变温度的影响作用如表1所示。

  表1 钛合金中成分的含量对相变温度的影响作用

  相类型 元素 质量含量(ppm) 影响值(℃)

  α相 Al 6.12±0.21 +14.5±0.2

  N 0.01±0.02 +23.2±0.1

  O 0.16±0.01 +5.5±0.5

  C 0.012±0.11 +2.5±0.2

  β H 0.005±0.110 -5.1±0.1

  V 4.02±0.05 -15.0±0.2

  Fe 122.0±1.21 -15.3±1.2

  Si 0.01±0.12 -1.0±0.2

  根据计算法推算出TC4钛合金的相变温度为885℃+(铝)126.75℃-()56.7℃-(铁)2.01℃-(硅)0.1℃+(碳)4.4℃+(氧)34.0℃+(氮)5.5℃-(氢)1.1℃=995.7℃。

  2.1.2差热分析法对相变温度的测定

  差热分析法是借助差热分析仪对试样进行分析,与在相同条件下的试样进行对比,根据两者的温差变化关系建立曲线对比图,对物质状态进行判定[2]。试样采用空冷的冷却方式,对消除变形应力较难控制,所以在DSC试样中存有残余应力,试验开始后,温度会逐渐升高,期间是残余应力的释放,残余应力的释放属于放热行为,所以试样前阶段DSC曲线会偏离基线,而向上放热。

  2.1.3连续升温金相法对相变温度的测定

  在热工艺操作中,根据计算法和差热分析法得出的相变温度值确定淬火温度范围,分别将温度控制在980、985、990、995、1000、1005℃中,确定淬火温度间隔为5℃。其α相的淬火温度和临近α相消失温度之间的平均温度便是相变温度。

  3.结论

  综上所述,TC4钛合金的应用范围较广,其制作工艺过程需要对钛合金进行热处理工艺,因此,需要了解钛合金的相变温度值。本文通过三种测试方法测试到试样钛合金的相变温度范围,其测量值差异不大,每种方法均能够提供准确数据,但操作方法各有千秋。最终得出,TC4钛合金的相变温度平均值为998℃。

  参考文献:

  [1]周利,刘会杰.临时合金元素氢对TC4钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响[J].稀有金属材料与工程,2013,02(03):500-506.

  [2]朱红,廖鸿.钛合金α+β/β相变点的几种测试方法探讨[J].现代机械,2013,06(03):85-87.

  [3]黄剑锋.高强高塑TC4钛合金板材热轧与热处理的组织和性能研究[D].昆明:昆明理工大学,2013.


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