Ti-6Al-4V為(α+β)鈦合金,主要應用于飛機結構件、外科植入物及海洋化工等領域。科研人員試圖通過熱處理制度的改變,調整合金中初生α相的含量,即改變α與β兩相的相對比例,并研究材料拉伸性能的變化。
選用Φ15mmTi-6Al-4V鈦合金軋制棒材,棒材橫截面積原始組織為等軸組織。試驗用合金的具體化學成分(質量分數,%):Al5.5~6.75,V3.5~4.5,Fe0.25,O不大于0.18,C不大于0.05,N不大于0.05,H不大于0.012,基體Ti。對該合金的棒材分別經過925、915、905和750℃加熱,保溫1h的熱處理制度。空冷后獲得初生α相含量(體積分數,%)分別為64、71、76和81的等軸組織。
在熱處理后的棒材上沿軸向取Φ6mm的試樣,然后在INSTRON5885試驗機上進行力學性能及彈性模量測試。顯微結構分析在AXIOVERT200MAT型金相光學顯微鏡上進行。
室溫力學性能的拉伸加載速度為屈服前0.005mm/min,屈服后8mm/min。彈性模量的測量方法為均速加載至約500MPa時卸載,重復多次后求平均值。金相腐蝕劑配比:5%HF+10%HNO3+85%H2O,觀察顯微結構的放大倍率為500倍。試驗結果表明:
(1)Ti-6Al-4V中初生α含量在64~85%范圍內彈性模量E值的變化不大,隨初生α含量的減少,E值略有提高,為109GPa。彈性模量的實際變化取決于組織的性質和強度。一般情況下,β相的彈性模量E比α相的值低,且對于含有β相穩定元素的鈦合金(如Ti-6Al-4V中的V元素),穩定元素含量(0~10%)的提高會降低E值。相反的,常見的α相穩定元素Al可增加α相的彈性模量。所以,元素組成及含量也是影響E值的主要因素之一。但有資料表明,時效處理后,由于彌散強化,強度和E值會有所提升。
(2)不同熱處理制度下,初生α含量隨退火溫度的升高而降低,同時伴有晶粒的長大,強度指標(Rm、Rp0.2)隨初生α含量降低而降低。相反的,塑性指標(A、Z)略有提高,同時屈強比降低。
(3)塑性指標隨初生α含量的減少而略有提高,這與屈強比降低后,塑形指標提高的理論相吻合。