鈦合金作為當(dāng)代飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要結(jié)構(gòu)材料之一,可有效提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比,特別是高強(qiáng)度耐熱鈦合金在這方面更突出。BT25合金屬于馬氏體型的α+β兩相鈦合金。該合金中含高熔點(diǎn)的元素W,大大提高該合金的熱強(qiáng)性,從而使得該合金的最高使用溫度(550℃)和工作壽命得到很大程度提高。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道:BT25合金在500℃以下工作時(shí)間可達(dá)6000h,在550℃可達(dá)3000h,是用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)零部件的理想熱強(qiáng)鈦合金。
隨著大推比發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)的不斷發(fā)展,BT25合金發(fā)動(dòng)機(jī)盤(pán)件的高溫使用壽命受到限制。不同合金元素含量對(duì)BT25合金的高溫性能的影響鮮有報(bào)道。鑒于此,研究人員通過(guò)采用等溫鍛造工藝,研究了Zr含量對(duì)BT25合金等溫鍛件組織及性能的影響。
試驗(yàn)原材料為兩種不同成分的(α+β)相BT25合金棒材,合金采用真空感應(yīng)+真空自耗熔煉工藝,規(guī)格為Φ270mm。合金Zr含量分別為3.86%、1.65%,含量均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。采用金相法分別測(cè)得合金的(α+β)/β相變點(diǎn)分別為1025、1055℃。兩種合金初始組織分別為典型的雙態(tài)組織和等軸組織。
首先將兩種合金在α+β兩相進(jìn)行改鍛,得到組織均勻、細(xì)小的兩相區(qū)組織;然后分別在α+β兩相區(qū)進(jìn)行等溫鐓餅,加熱溫度控制在相變點(diǎn)下30℃,變形量控制為50%;最后進(jìn)行熱處理。熱處理制度為:相變點(diǎn)下30℃保溫2h,AC;540℃×6h,AC。將熱處理后的合金試料進(jìn)行加工,分別進(jìn)行室溫和高溫拉伸強(qiáng)度、高溫?zé)岱€(wěn)定、斷裂韌性等性能測(cè)試。利用顯微電鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)觀察合金的顯微組織及拉伸試樣斷口形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)采用等溫鐓餅工藝(溫度控制相變點(diǎn)下30℃,變形量控制50%),可充分破碎原始的晶粒,得到細(xì)小、均勻的α+β組織,提高了合金的組織均勻性。Zr含量的增加,促使金屬流線的形成,同時(shí)抑制了鍛后合金晶界α的形核及長(zhǎng)大。
(2)隨Zr含量的增加,BT25合金室溫拉伸強(qiáng)度提高了161MPa,500℃高溫拉伸強(qiáng)度提高了123MPa,550℃高溫拉伸強(qiáng)度提高了96MPa,熱穩(wěn)定強(qiáng)度提高了57MPa,斷裂韌性由68.9MPa.m1/2提高至85.5MPa.m1/2。
?。?)通過(guò)提高合金中Zr元素含量,可有效提高BT25合金的高溫綜合性能,從而提升該合金的使用空間,對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展具有重要意義。