Ti55531合金是一種新型高強(qiáng)高韌β型合金，其名義成分為Ti-5AI-5V-5Mo-3Cr-1Zr。該合金擁有良好的淬透性和較寬的加工工藝范圍，特別適合制造必須承受巨大應(yīng)力的零部件，比較適合用于結(jié)構(gòu)件和起落架、機(jī)翼、發(fā)動機(jī)掛架之間連接裝置等，在航空航天工業(yè)中日益受到青睞,現(xiàn)已應(yīng)用在A380空客飛機(jī)上。與傳統(tǒng)近β型合金Ti-1023相比，該合金冶煉、加工成本低，不會產(chǎn)生明顯的成分偏析，且具有強(qiáng)度優(yōu)異和斷裂強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸有取代Ti-1023的趨勢。
目前對該合金的棒材熱處理工藝已有許多研究國,但對板材熱處理尚未研究。用正交試驗(yàn)方法優(yōu)化了該合金板材的熱處理工藝，確定了最佳的熱處理工藝，為板材的生產(chǎn)提供了依據(jù)。
1試驗(yàn)材料及設(shè)計
1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料經(jīng)兩次真空自耗電弧爐熔煉制成鑄錠(鑄錠成分按合金名義成分控制)，在3,150 t鍛造機(jī)上鍛造成板坯，然后在1,200 mm四輥可逆式熱軋機(jī)上軋至8.5 mm.
1.2正交試驗(yàn)設(shè)計試驗(yàn)選用固溶溫度、固溶時間、時效溫度和時效時間四個因素，分別選用三個水平，采用正交設(shè)計表，研究不同因素對Ti55531鈦合金板材強(qiáng)度和塑性的影響。各試驗(yàn)因素的水平見表1。
2正交試驗(yàn)結(jié)果分析
利用正交設(shè)計助手軟件對試驗(yàn)結(jié)果分析，根據(jù)正交試驗(yàn)原理，極差越大，表明該因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響越大。
2.1各試驗(yàn)因素對強(qiáng)度的影響各試驗(yàn)因素下合金強(qiáng)度值見表2。
從表2可看出，各因素對抗拉強(qiáng)度影響大小為: 時效溫度>固溶溫度>時效時間>固溶時間; 對屈服強(qiáng)度影響大小為: 時效溫度>固溶溫度>固溶時間>時效時間。其中固溶時間和時效時間對合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度影響基本一樣。表2中，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大時，各因素的水平為:固溶溫度為2水平800℃,1,292. 667 MPa;固溶時間為3水平60min),1 ,278. 667 MPa:時效溫度為1水平650℃,1,428.000 MPa;時效時間為1水平4h),1 ,277.000 MPao屈服強(qiáng)度最大值時各因素的水平為:固溶溫度為2水平800℃,1,179. 333 MPa;固溶時間為3水60min)，1, 167. 667 MPa;時效溫度為1水平650℃,1,306. 333 MPa;時效時間為1水平4h)時，1,162.667 MPa。由此可推斷該合金板材熱處理制度為8009/60min AC +550℃/4h FC時，合金的強(qiáng)度最高。
2.2各試驗(yàn)因素對塑性的影響各試驗(yàn)因素下合金塑性值見表3。
從表3可看出，各因素對延伸率影響大小為:時效溫度>固溶溫度>時效時間>固溶時間。其中，當(dāng)時效溫度為1水平550°C)時，合金板材的延伸率最小，為4.5% ,其余水平下延伸率相差不大。
2.3各試驗(yàn)因素對合金組織的影響合金板材經(jīng)800°C固溶后，經(jīng)550°C、600°C、650°C時效后的顯微組織見圖1。隨著時效溫度的提高，α相析出數(shù)量逐漸增多，并聚集粗化，導(dǎo)致強(qiáng)度有所下降,但延伸率較高。
綜合各因素對合金強(qiáng)度、塑性及組織的影響，該合金板材獲得高強(qiáng)度且延伸率較好的最佳熱處理制度為:800°C /60min AC + 650°C /6h FC.
2.4分析結(jié)果驗(yàn)證試樣經(jīng)800℃/60min AC +650℃/6h FC熱處理后的室溫拉伸性能﹐見表4.
顯微組織見圖2。由圖2可看出，原始β晶界有晶界α析出，并在β相基體上α相均勻析出。由于650°C的時效溫度較高，細(xì)小彌散的點(diǎn)狀α相逐漸粗大，針狀組織更加清晰和密集，并且析出的次生α相明顯粗化聚集。
3結(jié)論
1)各因素對抗拉強(qiáng)度影響大小為:時效溫度>固溶溫度>時效時間>固溶時間;對屈服強(qiáng)度影響大小為:時效溫度>固溶溫度>固溶時間>時效時間;各因素對延伸率影響大小為:時效溫度>固溶溫度>時效時間>固溶時間。
2)Ti55531鈦合金板材經(jīng)800C/60minAC+650C/6h FC熱處理后，抗拉強(qiáng)度為1,242 MPa，屈.服強(qiáng)度1,122 MPa，延伸率10.0%，合金具有良好的強(qiáng)度塑性匹配;原始β晶界出有晶界a析出,并在β相基體上a相均勻析出。由于650°C的時效溫度較高，細(xì)小彌散的點(diǎn)狀a相逐漸粗大，針狀組織更加清晰和密集，并且析出的次生a相數(shù)量明顯粗化聚集。
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