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Ti5553高强高韧钛合金航空航天钛合金综合性能提高的热加工方法
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-10-29
Ti5553合金是一种新型高强高韧钛合金，其名义成分为Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr。该合金属于β型钛合金，拥有良好的淬透性和较宽的加工工艺范围，目前主要用于波音787飞机和空客A350飞机的起落架、机翼结构等20多种承力部件，代替了原来所使用的Ti-6Al-4V合金和Ti-1023合金。
Ti5553合金是一种新型高强高韧钛合金，其名义成分为Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr。该合金属于β型钛合金，拥有良好的淬透性和较宽的加工工艺范围，目前主要用于波音787飞机和空客A350飞机的起落架、机翼结构等20多种承力部件，代替了原来所使用的Ti-6Al-4V合金和Ti-1023合金。据统计，采用Ti5553合金可以使飞机的总质量减轻8%，在我国C919等大型民用飞机上也得到了推广应用，也可进一步推广应用于其它军用飞机上。
实际使用中的Ti5553合金多是网篮组织，即α转＋β转组织，也就是在β转基体上存在片状α转组织。理想的Ti5553合金组织应该是β晶粒细小、晶粒内部α转相细密、β晶界处存在细小断续的片状α转相的网篮组织。这种网篮组织可以使Ti5553合金的强度、塑性和断裂韧性得到较好的匹配，综合性能优良。
由于生产中有一批作为模锻原料的Ti5553合金轧制棒材，按照MTL-3103及BMS7-360G标准的要求进行（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC热处理后，取样观察金相组织发现：组织粗大且不均匀，β晶界处存在连续平直厚大的片状α转相，且还有β斑存在。通常这种组织的钛合金强度偏低，达不到标准要求值，影响构件使用的可靠性。为此，科研人员探索用特殊的热加工方法来改善Ti5553合金轧制棒材的组织和性能，以获得组织致密，强度达到标准要求，而塑性和断裂韧性匹配良好的锻件。
实验材料为Φ250mm×200mm的Ti5553合金轧制棒材，其β相变点为840℃。分别按照表1给出的两种热加工工艺对其进行加工。
表1 热加工工艺方案
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热加工工艺1
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热加工工艺2
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自由锻：（Tβ-30）℃×160min，多向镦拔，
变形量46%～63%
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自由锻：（Tβ-30）℃×160min，多向镦拔，
变形量46%～63%
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自由锻制坯：（Tβ-30）℃×70min，变形量10.6%
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自由锻制坯：（Tβ-30）℃×70min，变形量10.6%
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一火模锻：（Tβ-30）℃×60 min，变形量13%
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一火模锻：（Tβ-30）℃×60 min，变形量15%
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二火模锻：（Tβ-30）℃×60 min，变形量18.6%
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二火模锻：（Tβ＋20）℃×60 min，变形量23.5%
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热处理：（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC
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热处理：（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC
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对经过2种工艺热加工后的Ti5553合金的显微组织、拉伸性能和断裂韧性进行表征。拉伸性能和断裂韧性测试采用CL-3001拉伸试验机；显微组织观察在CL-2002金相显微镜上完成。
试验结果表明：通过2种不同热加工工艺都可以获得具有细密网篮组织的Ti5553合金，且性能达到了标准要求。而热加工工艺2获得的Ti5553合金强度、塑性、断裂韧性不但均符合标准要求，而且达到了良好匹配。
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