Ti60合金近β锻造后微观断口形貌研究

112材料导报B研究篇2013年9月下第27卷第9期TI60合金近锻造后微观断口形貌研究郭真真，曾卫东，朱艳春，俞汉清，王清江。1西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072；2中国科学院金属研究所，沈阳110016摘要采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察了TI60合金近8锻造后的显微组织和室温拉伸试样、热稳定试样的断口形貌并确定断裂方式。结果表明TI60合金采用近8锻造，获得三态组织；室温拉伸试样断口裂纹源起源于试样中心，断面凹凸不平，既有韧窝形貌又有解理断裂特征，为混合型断口；热稳定试样断口裂纹源位于试样边缘，断口表面平整，为典型的解理断裂特征；试样经热暴露后，强度变化不大，塑性明显降低。关键词TI60合金组织断口形貌中图分类号TG319文献标识码ASTUDYONTHEFRACTUREMORPHOLOGYOFTI60ALLOYAFTERNEARBETAFORGINGGUOZHENZHEN，ZENGWEIDONG，ZHUYANCHUN，YUHANQING，WANGQINGJIANG。1STATEKEYLABORATORYOFSOLIDIFICATIONPROCESSING，NORTHWESTERNPOLYTECHNICALUNIVERSITY，XIAN710072；2INSTITUTEOFMETALRESEARCH，CHINESEACADEMYOFSCIENCES，SHENYANG110016ABSTRACTTHENEARBETAFORGINGPROCESSESOFTI60ALLOYWERECONDUCTEDANDTHEMICROSTRUCTURES，THEFRACTUREMORPHOLOGYOFTENSILESPECIMENATROOMTEMPERATUREANDTHERMALSTABILITYSPECIMENANDFRACTUREMORPHOLOGYWEREOBSERVEDBYSEMANDOLVLTHROUGHTHEOBSERVATION，THEIRFRACTUREMORPHOLOGIESWEREINVESTIGATEDANDTHENTHEFRACTUREMODEWASALSODETERMINEDTHERESULTSSHOWTHATTHETRIMODALMICROSTRUCTUREWASOBTAINEDAFTERTHENEARBETAFORGINGTHEREWERESAGSANDCRESTSONTHEFRACTURESURFACEOFTENSILESPECIMENATROOMTEMPERATURE，ANDTHEORIGINOFFRACTURECRACKOFWHICHWASINTHECENTEROFTHESAMPLEANDTHEFRACTUREMODEWASAHYBRIDFRACTUREWHICHCONTAINSDUCTILEANDCLEAVAGECHARACTERISTICSTHEORIGINOFFRACTURECRACKOFTHERMALSTABILITYSPECIMENWASLOCATEDATTHEEDGEOFTHESAMPLEANDITSFRACTUREMORPHOLOGYWASSMOOTHANDPOSSESSEDTYPICALCLEAVAGECHARACTERISTICSAFTERTHERMALEXPOSURE，THESTRENGTHOFSPECIMENCHANGEDRELATIVELYLITTLE，BUTTHEDUCTILITYDECREASEDOBVIOUSLYKEYWORDSTI60ALLOY，MICROSTRUCTURE，FRACTUREMORPHOLOGY随着航空航天事业的不断发展，作为发动机压气机重要部件候选材料的高温钛合金备受人们的关注_1。目前，国内外使用温度达到600的高温钛合金主要有俄罗斯的BLT36、美国的TI1100、英国的IMI834以及中国的TI60和TI600E。等合金。其中，TI60合金是我国自主研发的一种新型的TALSNZRMOSI系近A型高温钛合金，主要用于制造航空发动机风扇、压气机盘。该合金是在英国的IMI834的基础上加入了少量的元素TA，同时增加了SI元素的含量，用来提高蠕变抗力和改善高温性能。为进一步提高钛合金性能，周义刚等提出了近8锻造工艺。通过近J3锻造，合金可以获得由一定数量的等轴初生A，条状A构成的网篮组织和转变J3基体组成的三态组织，其不仅具有良好的塑性，还具有优良的热强性和断裂韧性等。近8锻造已广泛应用于TC11钛合金7、TI一1023合金8、TC21两相合金_9、TA15近0【钛合金_1、近B型TC17合金等。近年来，针对TI60合金的研究主要集中在高温性能及氧化行为L1、热变形行为口3及析出相对合金性能的影响L_1等方面。目前，关于TI60合金的近8锻造工艺研究及断口分析资料较少，而断口的观察和分析可以对研究材料的性能和行为等提供许多方面的信息借助断口形貌的分析解决了许多重要部件的力学行为问题1。为保证该合金在工作条件下具有良好的综合性能，本实验采用近8锻造工艺，并对该工艺条件下的断口特征进行分析，确定了其断裂机制，为该合金的广泛应用打下一定的理论基础。1实验实验用材料为宝鸡钛业有限公司提供的TI60合金0300MM大规格棒材。通过金相法测得其A8相转变温度为1048，原材料经陕西宏远航空锻造有限公司进行相变点以下多次镦拔改锻，获得尺寸为中48OMMX190MM的圆柱坯料。国家自然科学基金51075333郭真真女，1989年生，硕士生，主要从事钛合金等温锻造研究EMAILGUOZHENZHENL25126COM曾卫东通讯作者，男，1969年生，教授，博士生导师，主要从事钛合金先进成形技术及其仿真研究TEL02988494298EMAILZENGWDNWPUEDUCN制备工艺对工业纯铜表面陶瓷渗铝复合涂层组织及性能的影响马壮等121耐磨性均优于固体渗铝复合涂层。复合涂层的耐粘着磨损性能在磨损初期取决于陶瓷涂层的耐磨性陶瓷涂层越厚，孔隙率越低，则抵抗粘着磨损能力越强，当陶瓷涂层整体或局部剥落后渗铝层的耐磨性则成为关键因素，而两种涂层中尽管固体渗铝复合涂层渗铝层较厚，但与陶瓷涂层相比，其失重速度更快，因此不耐磨。同样，在油磨条件下，尽管润滑油的存在可以阻止对磨材料微凸体相互接触进而减少粘着倾向，涂层表面的孔隙也起到一定的储油、润滑作用，但此时的磨损往往是粘着、磨粒磨损同时存在，磨粒的二次擦伤会间接导致对磨材料实际接触面积的增加，即粘着倾向增加，因此油磨条件下热喷涂复合涂层的耐磨性仍优于固体渗铝复合涂层。表3涂层耐粘着磨损干磨、油磨性能分析TABLE3RESULTSOFADHESIVEWEARINGDRYGRINDINGANDOILGRINDINGTEST涂层种类磨损方式干磨油磨平均磨损相对平均磨损相对失重GM2耐磨性失重GM2耐磨性3结论1以相同的陶瓷骨料，采用不同的制备工艺分别制备陶瓷渗铝复合涂层，两种涂层结合良好，其中固体渗铝陶瓷渗铝复合涂层的渗铝层较厚而陶瓷涂层较薄，而热喷涂渗铝陶瓷渗铝复合涂层的渗铝层和陶瓷涂层厚度相当；2两种涂层固化过程中由于骨料、渗剂和铜基体三者之间发生固相反应产生不同新相，其中热喷涂复合涂层产生CUZN8、CU。TI、A1TI新相，而固体渗铝复合涂层产生NAA1。08、CU。TI04相，渗层中主要为CU。A1等新相组成的黑色片层状组织A2和白色A相组织；3热喷涂复合涂层热震性能和结合强度均优于固体渗铝复合涂层，其耐磨粒磨损性能较基体提高至6176倍，耐粘着磨损性能干磨油磨较基体提高至6244倍和10000倍，均优于固体渗铝复合涂层的4271倍、3697倍和9333倍，因此热喷涂更适合固体渗铝复合涂层的制备。参考文献1RENHUPING，YANGGUIRONG，SONGWENMING，ETA1IMPROVEMENTOFSURFACEMODIFICATIONTECHNOLOGYOFCOPPERALLOYJFOUNDRY，2005，543213任虎平，杨贵荣，宋文明，等铜及铜合金表面改性技术的研究进展EJ铸造，2005，5432132赵祖德，姚良均，等铜及铜合金材料手册北京科学出版社，19933SUNLIYUE，MAZHUANG，LIZHICHAOPREPARATIONOFCERAMICCOATINGSONCOPPERSUBSTRATEANDRESEARCHONCORROSIONRESISTANCELJ1ELECTROPLATFINISH，2010，29362孙俪月，马壮，李智超铜基表面陶瓷涂层的制备与耐蚀性能研究口电镀与涂饰，2010，293624YUANQINGLONG，LIANGNINGNINGRESEARCHPROGRESSONSURFACEMODIFICATIONTECHNOLOGIESOFPURECOPPERJMATERREV，2012，26S2O138袁庆龙，梁宁宁纯铜表面改性工艺研究进展J材料导报，2012，26专辑201385MAZHUANG，DONGSHUIIN，DONGSHIZHI，ETA1CORROSIONRESISTANCEOFCERAMICALUMINIZINGCOMPOSITECOATINGSONCOPPERSURFACEJHEATTREATMETALS，2011，36936马壮，董书琳，董世知，等纯铜热化学反应热喷涂陶瓷渗铝复合涂层耐蚀性研究口金属热处理，2011，369366MAZHUANG，DONGSHULIN，DONGSHIZHI，ETA1RESEARCHONCAPABILITYANDTECHNOLOGYOFALUMINIZINGCERAMICMULTIPLEXCOATINGSONCOPPERSURFACEBASINGUPONORDINARYFLAMESPRAYINGJMATERREVRES，2011，251270马壮，董书琳，董世知，等纯铜热喷涂陶瓷渗铝复合涂层的制备及耐磨性研究J材料导报研究篇，2011，25127O责任编辑何欣上接第114页14ZHAOLIANG，LIUJIANRONG，WANGQINGJIANG，ETA1EFFECTOFPRECIPITATESONTHEHIGHTEMPERATURECREEPANDCREEPRUPTUREPROPERTIESOFTI60ALLOYJCHINESEJMATERRES，2009，2311赵亮，刘建荣，王清江，等析出相对TI60钛合金蠕变和持久性能的影I1NJ材料研究学报，2009，231115亨利G，豪斯特曼D宏观断口学及显微断口学M北京机械工业出版社，199016ZHOUYIGANG，ZENGWEIDONG，YUHANQINGTHENEARFOR_GINGOVERTHROWSTHECONVENTIONALFORGINGTHEORYANDDEVELOPSANEWTRIMODALMICROSTRUCTUREIJENGSCI，2001，3561周义刚，曾卫东，俞汉清近B锻造推翻陈旧理论发展了三态组织IJ中国工程科学，2001，356117JIAWEIJU，ZENGWEIDONG，YUHANQING，ETA1EFFECTOFTHERMALEXPOSUREONPROPERTIESANDFRACTUREBEHAVIORSOFTI60ALLOYJCHINESEJNONFERROUSMETALS，2009，1961032贾蔚菊，曾卫东，俞汉清，等