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        TC4鈦合金相變溫度的三種測(cè)定方法

        發(fā)布日期:2022-05-10瀏覽次數(shù):1570

        TC4鈦合金的應(yīng)用范圍較廣,并且應(yīng)用的領(lǐng)域均屬航空、航天工業(yè),其對(duì)工藝的要求較高。在鈦合金工藝改造過程中需要對(duì)其進(jìn)行熱處理,這需要分析鈦合金的相變溫度范圍,文中針對(duì)一種鈦合金試樣采用了三種方法測(cè)試,得出相變溫度值。


        1.TC4鈦合金的性質(zhì)及相變溫度


        TC4鈦合金(Ti-6Al-4V)的組成是由α和β兩相鈦合金組成,其優(yōu)點(diǎn)為:(1)工藝性強(qiáng);(2)可塑性強(qiáng);(3)可焊接和耐腐蝕。TC4鈦合金應(yīng)用廣泛,在我國(guó)主要體現(xiàn)在航空業(yè)和航天工業(yè)中。


        對(duì)鈦和鈦合金的加工需要進(jìn)行熱處理,所以TC4鈦合金的相變溫度的測(cè)定十分重要,也是TC4鈦合金處理工藝的應(yīng)用參數(shù),處理時(shí)做熱加工處理,加工鈦合金,使其形成目的形狀,需要對(duì)鈦合金的適用溫度進(jìn)行掌控,這也是在鈦合金熱處理工藝中氧和氮污染指標(biāo)的重要參考依據(jù)。在鈦合金材料的使用工藝中,相變溫度或相變溫度范圍需要有準(zhǔn)確的數(shù)值,而鈦合金的相變溫度數(shù)值隨著鈦合金的成分不同和加工歷史不同,每批原材料的相變溫度也不同。


        2.TC4鈦合金相變溫度的測(cè)定與分析


        2.1不同方法對(duì)相變溫度的測(cè)定


        2.1.1計(jì)算法對(duì)相變溫度的測(cè)定


        鈦合金相變溫度的變化是熱加工后對(duì)其中各元素的變化,通過計(jì)算法來(lái)推算其溫度變化,計(jì)算法能夠在連續(xù)升溫金相法中提供淬火溫度的選擇范圍[1]。


        使用計(jì)算法對(duì)鈦合金相變溫度的測(cè)定公式為:


        公式中885℃為單純鈦的相變溫度;W為各元素的質(zhì)量值;q為各元素對(duì)相變溫度的影響。


        按照TC4鈦合金的化學(xué)成分和雜質(zhì)含量對(duì)相變溫度的影響,計(jì)算公式為:


        鈦合金中成分的含量對(duì)相變溫度的影響作用如表1所示。


        表1鈦合金中成分的含量對(duì)相變溫度的影響作用


        相類型元素質(zhì)量含量(ppm)影響值(℃)


        α相Al 6.12±0.21+14.5±0.2


        N 0.01±0.02+23.2±0.1


        O 0.16±0.01+5.5±0.5


        C 0.012±0.11+2.5±0.2


        βH 0.005±0.110-5.1±0.1


        V 4.02±0.05-15.0±0.2


        Fe 122.0±1.21-15.3±1.2


        Si 0.01±0.12-1.0±0.2


        根據(jù)計(jì)算法推算出TC4鈦合金的相變溫度為885℃+(鋁)126.75℃-(釩)56.7℃-(鐵)2.01℃-(硅)0.1℃+(碳)4.4℃+(氧)34.0℃+(氮)5.5℃-(氫)1.1℃=995.7℃。


        2.1.2差熱分析法對(duì)相變溫度的測(cè)定


        差熱分析法是借助差熱分析儀對(duì)試樣進(jìn)行分析,與在相同條件下的試樣進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)兩者的溫差變化關(guān)系建立曲線對(duì)比圖,對(duì)物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行判定[2]。試樣采用空冷的冷卻方式,對(duì)消除變形應(yīng)力較難控制,所以在DSC試樣中存有殘余應(yīng)力,試驗(yàn)開始后,溫度會(huì)逐漸升高,期間是殘余應(yīng)力的釋放,殘余應(yīng)力的釋放屬于放熱行為,所以試樣前階段DSC曲線會(huì)偏離基線,而向上放熱。


        2.1.3連續(xù)升溫金相法對(duì)相變溫度的測(cè)定


        在熱工藝操作中,根據(jù)計(jì)算法和差熱分析法得出的相變溫度值確定淬火溫度范圍,分別將溫度控制在980、985、990、995、1000、1005℃中,確定淬火溫度間隔為5℃。其α相的淬火溫度和臨近α相消失溫度之間的平均溫度便是相變溫度。


        3.結(jié)論


        綜上所述,TC4鈦合金的應(yīng)用范圍較廣,其制作工藝過程需要對(duì)鈦合金進(jìn)行熱處理工藝,因此,需要了解鈦合金的相變溫度值。本文通過三種測(cè)試方法測(cè)試到試樣鈦合金的相變溫度范圍,其測(cè)量值差異不大,每種方法均能夠提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù),但操作方法各有千秋。最終得出,TC4鈦合金的相變溫度平均值為998℃。


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