合金成分对TA15钛合金组织及力学性能的影响

袁媛

摘  要：在过去的数年中，TA15钛合金被用于大量的武器领域。在这种情况下经常发生高的冲击载荷的结构件，从而对材料的高强轻质、低成本、腐蚀、抗冲击强度和动态性能提出了更高的要求。TA15钛合金目前用于高冲击强度的TC4钛合金比具有更高的工作温度、更低的密度、更强的强度和更大的成形灵活性以及更高的动态性能。这会使得结构性效率和作战能力更强。在准静态或动态环境中，它具有应变率。随着屈服强度的增加，钛合金的屈服强度大大提高。动态环境下，TA15钛合金的屈服强度可达静态钛合金的1.65倍。其动态性能是评价使用性能的重要指标。

关键词：TA15钛合金;合金成分;力学性能

TA15合金是一种性能良好的综合性钛合金。合金可用于制造棒、锻、板和型材，广泛用于飞机发动机和机身结构。为提高国产钛合金的比重，提高国产战斗机的综合效能，满足国家航空等有关行业的需要，对熔炼进行了研究，并得到满足。为生产合格TAl5钛合金创造了条件。

一、实验材料及方法

实验材料由四个不同的成分组成，用三次真空自耗电弧ф200 mmTA15钛合金。测量的合成元件见表1。相位位移为1010～1020℃，四种合金的相位位移为950℃×2 h/AC。通常进行退火热处理，其中一些在冷却过程中是α相在β相析出，得到的微组织主要是等轴测初生α相对于轴组织具有一定数量的β转变组织。如圖1所示。采用相位分析软件对相位程序和Leica与FEI电镜的微观结构参数进行了研究。利用不同视场下叶片的平均值α相宽表征二次生α相宽，在体积分数α中，相含量表征原生质。在普通电子拉伸试验机上测量了室温下的准静态拉伸性能。基于样品位于输入杆和输出杆之间的事实，在（2700±100）、（3000±100）s-1和临界应变率下，在ϕ14.5mm霍普金森压力杆上进行测量。ϕ4mm×圆柱形试样的动态力学性能4mm在弹性杆的作用下，弹性杆捕捉冲击波，冲击波最终由弹性杆进入。用粘在输入和输出杆上的应变计捕捉反射波和透射波。利用超动态应变仪和瞬态波形存储器，可以得到一定应变率下试样的拉伸时间曲线，将继续处理产生的应变率下的实际应力和应变曲线。材料的动态性能通过材料的均匀塑性变形、平均流动应力和冲击吸收进行衡量力学性能。

二、结果与分析

1.成分微小变化对合金显微结构的微观效应。三个统计值的平均值由金相分析软件确定。为初生α相含量为67.82、69.63、76.44、61.41%记录是从五个不同角度计算的。片状α相平均宽度为0.683、0.695、0.803、0.585μm，当元素Zr大于1和合金2#时，初生α量减少，次生α相片宽度减小。与2和3#合金相比，元素含量上升Mo在增加。含量减少的是初生α相，次生α相片宽度减小;与合金2和4#相比，随着Al、V初生α相含量的降低，α次生相的宽度一般较细，由3#合金形成元素含量α相变最多、区体β最少积分数和次生α相片宽度最宽;主要元素合金的4#初生相含量高，转变速率最低。区体β分数最多数和最细宽度次生α相片。

2.合金的微小变化影响室温静态拉伸性能，每组拉伸的特点是两个样品的平均值，Zr值的变更对抗拉强度的影响较低，与Zr含量和其他元素相比，Zr值对1和2#合金的影响较小，而Zr值对1#合金o合金越少越容易成型。2和3#合金与不同钼含量相比，钼含量2#合金较高具有强度较高和塑性较低。2和4#合金与不同钒含量相比，高钒合金具有强度较高和塑性较低。相比与合金3和4#，4#合金具有更高的强度和更低的塑性。铝、钼、钒含量越高，抗拉强度越高，塑性越小。2/＼Zr金属浓度较低，但杂质含量o在合金范围内略高，随着元素含量的增加，o被认为是强α，合金的室温拉伸有利于提高强度，降低合金的塑性。这两种元素的共同作用使合金的折叠强度略高，塑性略弱。实验结果与铝钼等效电阻的经验公式（考虑氧的差异）一致。一般来说，Zr含量对室温拉伸强度没有影响，随着Al、Mo和V含量合金的强度也在增加，但塑性变化相反。

3.合金元素、也就是微观组织和这些机械特性之间的关系。对不同成分的钛合金的成分、组织参数、准静态拉伸性能和动态力学性能进行了对比分析。高合金钢具有高强度、低塑性和优良的动态性能。由于原子是α相中的置换方式，Al是α稳定元素可以提高合金的强度。随着Al、V和Mo含量的增加，α相含量降低，增加β区体积分数。β区体积分数宽度变薄，合金强度增加，塑性相反。当轻层宽度比增大、相界增大、位错滑移阻力增大时，层状β转变调整组织裂纹扩展有利于。易塞积位错容，应力集中形成，不利于变形，提高强度，降低塑性。但随着基本元素含量的增加，合金的临界变形速率增加，动态流变平均应力、动态塑性均匀变形和冲击吸收能增加，动态性能改善。对于TA15钛合金等轴组织，降低α相含量和有利于次生α相片层宽度室温拉伸强度、临界伸长率和动态力学性能得到了改善

Zr含量对室温拉伸强度没有影响，主合金中Al、V和Mo增加含量，α相的含量减少，部分减少，宽度较细次生α相片层，强度增加，塑性降低。与其他α相含量合金元素相比，增加Zr含量对初生生长水平增加，相含量对次生α相片层层宽度、室温拉伸强度和动态力学性能影响不大。在临界转速范围内，微小变化合金成分对动态力学性能影响不大。Al、Zr、V和Mo含量的增加有利于提高合金的临界伸长率，并具有良好的动态性能。

参考文献：

[1]赵华.先进材料与工艺在机载导弹上的研究与应用[J].航空制造技术，2019，59（23/24）：120-125.

[2]李爱峰.TA15钛合金及其在飞机结构中的应用前景[J].钛工业进展，2020，20（4/5）：90-94.