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Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe(BT22)是前蘇聯(lián)1974年研制成功的近β型鈦合金。該合金具有深度淬透性和明顯的時效強(qiáng)化效應(yīng),因此可制成大型鍛件、模鍛件和高強(qiáng)承力件。在進(jìn)行新的工藝探索時,大鍛件由于尺寸大,對不同尺寸的大規(guī)格鍛件進(jìn)行等尺寸實(shí)物試驗(yàn)是不經(jīng)濟(jì)的,而實(shí)驗(yàn)常規(guī)試樣試驗(yàn)結(jié)果會與實(shí)際生產(chǎn)過程相差很大,并且具有一定的局限性。 基于上述考慮,本文通過實(shí)測和ANSYS有限元模擬兩種手段研究了Φ170mm×250mm大尺寸鍛棒固溶后降溫和時效升溫過程中內(nèi)部溫度場的變化情況,OM、SEM、TEM及X射線衍射用于對固溶后降溫和時效升溫過程合金顯微組織、斷口表面及相進(jìn)行分析。維氏硬度和室溫拉伸用于機(jī)械性能的分析。 研究結(jié)果表明,Φ170mm×250mm鍛棒熱處理降溫過程中其內(nèi)外溫差可達(dá)50℃左右,采用ANSYS有限元分析軟件能準(zhǔn)確的反映工件熱處理中的熱過程。通過模擬得到降溫過程的溫度值與實(shí)測值相對誤差在2%～5%左右。由于相變的原因875℃固溶空冷曲線有一段近似平臺,這一平臺把875℃固溶后空冷降溫過程分三階段。 Φ170mm×50mm鍛棒875℃固溶降溫過程中發(fā)現(xiàn)從心部到邊部析出α相逐漸增多,并且隨著溫度的降低析出的α相越細(xì)密。合金在810℃固溶后空冷降溫過程中α相的增多不明顯但是尺寸寬化明顯。875℃和810℃降溫硬度曲線表現(xiàn)出硬度先升高再趨于平緩的特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)用小尺寸(Φ12mm×70mm)試樣經(jīng)875℃固溶30分鐘后為全β組織,550℃時效過程中α相析出并長大,試樣硬度逐漸升高,室溫拉伸顯示斷裂為脆性沿晶斷裂。Φ170mm×250mm鍛棒經(jīng)875℃固溶2小時后空冷,發(fā)現(xiàn)其組織中已經(jīng)有α相析出,時效過程中初生α相變化不大,主要是次生α相的生成和長大,時效過程中硬度變化曲線平緩在360～400范圍內(nèi)波動。經(jīng)550℃時效6小時后鍛棒三個部位強(qiáng)度基本一致,但是塑性邊部明顯不如心部和1/2R。 Φ12mm×70mm試樣經(jīng)810℃固溶30分鐘后為針狀初生α相和β相的兩相組織,550℃時效24分鐘,析出次生α相,硬度也迅速提高,時效65分鐘硬度達(dá)到峰值,550℃時效6小時硬度無明顯升高,拉伸數(shù)據(jù)顯示斷裂為韌性斷裂。 Φ170mm×250mm鍛棒經(jīng)810℃固溶90分鐘后空冷,組織為“叉形”結(jié)構(gòu)的α相和β相組成的兩相組織。550℃時效24分鐘,晶界處先析出了次生α相,550℃時效2小時后硬度達(dá)到峰值,隨后時效硬度無明顯升高趨勢。拉伸數(shù)據(jù)顯示邊部的強(qiáng)度高于心部,但塑性又不如心部。