BT25y钛合金精锻棒材组织与性能的研究

第23卷第2期2004年4月电　子　显　微　学　报Journal of Chinese E lectron Microscopy SocietyV ol 223,N o 12200424文章编号:100026281(2004)022*******BT25y 高温钛合金固溶处理及热暴露过程中硅化物的析出机制储茂友,惠松骁,张　翥,沈剑韵3(北京有色金属研究总院,北京100088)摘　要:TE M 观察了BT 25y 高温钛合金硅化物在固溶处理以及热暴露过程中的析出行为,结合Calphad 相图计算技术研究了该合金硅化物的析出机制。

在经单相区990℃固溶处理后的个别样品和两相区940℃固溶处理后的部分样品中,观察到(T i ,Z r )5S i 3硅化物颗粒,依据计算,分析这些硅化物可能是由于S i 分布不均匀,局部浓度超过013%而析出的;在两相区940℃固溶处理后的样品中还观察到平衡析出的(T i ,Z r )6S i 3硅化物颗粒。

两种固溶处理后的样品,在700℃热暴露过程中都有大量细颗粒(T i ,Z r )6S i 3硅化物弥散析出。

关键词:高温钛合金;钛合金热力学数据库;BT 25y 钛合金;硅化物中图分类号:TG 14612;TG 111;TG 113;O766 文献标识码:A 收稿日期:2003204222;修订日期:2003211222 作者简介:储茂友(1975-),男(汉族),安徽巢湖人,博士研究生.　3通讯作者:沈剑韵(1945-),女(汉族),浙江杭州人,教授. 高温钛合金,由于其具有推重比高、综合性能好及使用温度高等优点,近年来在航空工业中受到广泛的重视。

目前,高温钛合金的开发主要集中在T i 2Al 2Sn 2Z r 2M o 2Si 体系[1],研究较多的有美国研制开发的T i 26242S [2]及T i 21100[3];英国添加Nb 、C 的I MI834[4];俄罗斯添加W 的BT 25y [5]及BT 36[6];中国添加稀土元素Nd 的T i60[7]及添加Y 的T i600[8]。

BT25钛合金高温变形行为程晨;雷旻;万明攀;蔡钢【摘要】对BT25钛合金在温度为950~1100℃,应变速率为0.001~10 s-1条件下的高温变形行为进行了研究,分析了热力学参数对流变应力和微观组织的影响,并以Arrhenius方程为基础,构建了本构方程,最后进行了验证.结果表明:BT25合金在相同温度和应变速率下变形,变形量越大,动态再结晶越充分并细化了晶粒.相同变形量,变形温度越低,应变速率越高,动态再结晶晶粒尺寸越细小;流变应力随应变速率的增加而增加,随变形温度的升高而减小;BT25合金在α+β 两相区(950~1010℃)Q=763.51 kJ/mol,β相区(1040~1100℃)Q=231.36kJ/mol.%The high temperature behavior of BT25 titanium alloy was investigated from 950 ℃ to 1100 ℃ and strain rate range 0.001 s-1 to 10 s-1. The effects of thermodynamic parameters on flow stress and microstructure were analyzed. Based on the arrhenius equation, the constitutive equation was constructed and validated. The results show that at the same temperature and strain rate, the larger the deformation, the more the dynamic recrystallization is. At the same deformation degree, the lower the deformation temperature and higher the strain rate, thefiner the dynamic recrystallization grain size is. The flow stress increases with the increase of strain rate, and decreases with the rising deformation temperature. The deformation activation energy of BT25 titanium alloy is 763.51 kJ/mol in α+β phase region (950~1010 ℃) and 231.36 kJ/mol in β phase region(1040~1100℃).【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2017(008)006【总页数】6页(P51-56)【关键词】BT25钛合金;形变参数;动态再结晶;流变应力【作者】程晨;雷旻;万明攀;蔡钢【作者单位】贵州大学,材料与冶金学院, 贵阳550025;贵州大学,材料与冶金学院, 贵阳550025;贵州大学,贵州省材料结构与强度重点实验室, 贵阳550025;贵州大学,材料与冶金学院, 贵阳550025;贵州大学,贵州省材料结构与强度重点实验室, 贵阳550025;贵州大学,材料与冶金学院, 贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TF125.2;TG146BT25钛合金是以α相为主的马氏体型α＋β两相钛合金，含有高熔点的钼和钨等元素，具有优良的拉伸强度、蠕变性能和热强性，在航空发动机压气机盘等零件有重要应用[1-4].BT25钛合金的锻造温度比较窄，热力参数对变形抗力有较大影响，使其加工难度大[5].流变应力是塑性加工工艺制定的重要参数.研究表明，动态再结晶后的晶粒大小与流变应力成反比[6].但国内对BT25合金流变应力的研究不多.以BT25合金为研究对象，研究该合金高温变形行为及组织演变规律，特别是研究热力参数对流变应力的影响规律；并以BT25钛合金相变点为界限，分段计算变形激活能并建立流变应力方程，这对选择合理的锻造工艺参数和优化工艺都有一定的指导意义.用线切割在退火热轧BT25合金棒材上加工尺寸为Ф5 mm×10 mm的试样，在型号为Bähr DIL805A/D动态热模拟相变仪上进行高温压缩实验.将试样以300℃/min的速度加热至变形温度（β转变温度为1 029℃），保温6 min后进行压缩实验，再以150℃/s的冷速至室温.变形温度分别为1 040℃、1 070℃、1 100 ℃，应变速率为 0.001 s-1，0.01 s-1，0.1 s-1和 1 s-1，变形量为50%.在变形温度为1 050℃和应变速率为0.01 s-1时，分别进行了变形量为0%、20%、40%、60%的变形.将变形后的材料制成金相试样，用VHF∶VHNO3∶VH2O=1∶2∶5(体积比)配比腐蚀液进行腐蚀，在金相显微镜下观察组织并分析.根据Arrhenius方程分段计算变形激活能并建立流变应力方程.BT25合金化学成分如表1所示，原始微观组织如图1所示，β转变相基体上分布白色等轴α相.图2、图3所示分别为BT25合金在变形温度为1 050℃和应变速率为0.01 s-1的不同变形量的真应力-真应变曲线和金相组织.可以看出变形量为20%时，金相组织变化不大，只是由于压缩使得晶界发生弯曲，而未发生动态再结晶.可以明显看出40%变形量部分发生再结晶，60%变形量再结晶更充分.BT25合金变形量从20%到60%，流变应力没有因动态再结晶软化作用而降低，动态回复、动态再结晶的软化作用与加工硬化基本达到动态平衡.真应力-真应变曲线处于基本平稳状态，可视为动态回复型曲线.图4所示是BT25合金在变形量为50%，应变速率为0.01 s-1，变形温度分别为1 040℃、1 070℃、1 100℃的金相试样冷却到室温的金相组织.由图4可以看出，随着变形温度的增高，再结晶晶粒尺寸越粗大.由于动态再结晶晶粒尺寸的大小与动态再结晶形核率和长大速率有关，虽然随着变形温度的增加，形核率和长大速率同时增加，但当变形温度达到一定程度时，长大速率对组织的影响大于形核率的影响[7].所以，随着变形温度的增高，动态再结晶晶粒尺寸越大.图5所示为BT25合金在变形温度为1 070℃，变形量为50%的不同应变速率的金相组织.可以看出随着应变速率的增加，晶粒平均尺寸越细小.其原因是应变速率0.001 s-1时，变形时间长，使得晶粒长大对组织的影响大于新的再结晶现象产生的细化作用.随着应变速率的增加，变形时间越短，晶粒长大越不明显，动态再结晶现象产生细小的晶粒.但当应变速率增加到1 s-1时，只有很少的晶粒有动态再结晶发生.其原因是形变时间短，动态再结晶只在弯折晶界附近发生.说明在保证再结晶完成的情况下，选用较低的变形温度和较高的应变速率来获得细小的晶粒.目前在钛合金热变形特性的研究中，Arrhenius方程[8]可以描述流变应力与应变速率与变形温度之间的关系，其中在整个应力水平时双曲正弦形式为：式（1）中，A、Q、α、n 是与材料本身相关的常数.α=β/m[9-10]，为应变速率（s-1），σ为流变应力，MPa，Q为形变激活能，kJ/mol，可以反映材料高温塑性变形难易程度[11].R 为理想气体常数，R=8.314 J/（mol·K），T 为绝对温度，K.Zener 和 Hollomon[12-13]提出参数（Z）可以表示应变速率与变形温度对变形的影响.即：参数Z表示的流变应力本构方程（3）∶联立式（1）、式（2）、式（3）得：将表2实验获得的数据代入相应公式，由式（1）和式（2），分别线性拟合ln-lnσ和ln-σ的关系式，m 和β值即为图 6（a）、图 6（b）中直线斜率的倒数，α值由式α=β /m 计算得出.将（α 值代入式（3），由式（2）、式（3）两边取自然对数线性拟合lnε·-ln[sinh（ασ）]（图 6（c））得到 n 值.解得 m，β，α，n 值如表 3 所示.假设一定变形温度范围内，Q保持不变.对式（2）、式（3）两边取自然对数得：线性拟合 ln[sinh（ασ）]-1/T 关系式（图 7），由式（6）可得到 c 值，再由式（2）、式（3）可得形变激活能Q，将Q值代入式（2），可计算得到Z参数的表达式.由式（3）两边取自然对数线性回归lnZ-ln[sinh（ασ）]的关系式（图8），可以得到A值.其线性回归系数r分别为0.990 89和0.997 28，说明线性拟合很好.图8中回归直线的截距为lnA.如表4所示.由表4可知，BT25合金在α+β两相区（950～1 010 ℃）Q=763.51 kJ/mol，β 相区（1 040～1 100 ℃）Q=231.36 kJ/mol.而P.Wanjara计算出了IMI834钛合金α+β两相区的相变激活能70 300 kJ/mol，β相区153 kJ/mol，计算结果与文献[14]相近.这表明BT25合金α+β两相区和β相区的变形激活能数值差距很大，所以BT25合金以相变点为界限，分段计算变形激活能和构建流变应力方程是必要的.将表3，表4求得的 Q、n、α和 A等材料参数值代入式（1），可计算得到BT25钛合金的高温压缩本构方程：用Z参数表示的流变应力本构方程：图6（a）所示为 BT25钛合金在高温压缩过程中和σ的关系图，可以看出，在同一温度下，BT25钛合金在高温压缩过程中，峰值应力随着应变速率的增加而线性增加，并且图6（a）中曲线斜率基本一致.说明ln-lnσ关系曲线能够较好的描述BT25钛合金应变速率对流变应力的影响.其原因是随着应变速率增加，位错增值速度增加，产生加工硬化作用使流变应力增加[15].图7所示为峰值应力随变形温度的变化规律图，在同一应变速率下，流变应力随着变形温度的增加而减小.由显微组织演变规律，可以看出动态再结晶尺寸随着温度的增加而增加，流变应力与动态再结晶晶粒尺寸成反比，验证了流变应力随着变形温度的增加而减小.其原因是随着变形温度增加，原子的平均动能增加，位错运动的阻力减小，使得变形过程中软化作用抵消了加工硬化作用，使其流变应力减小[16].变形温度在相变点（βT=1 029℃）之下的曲线斜率偏高，BT25合金以相变点为界限，会表现出不同的特性.这与陈海生等[17]对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1 Mo合金绘制流变应力与温度关系曲线相似.图8可以看出，BT25钛合金在高温压缩过程中峰值应力随Z值的增加而增加. 图9所示的数据点是将变形温度与应变速率代入本构方程计算结果，曲线为实验结果.可以看出修正稳态流变应力与计算流变应力值基本相近.用相对误差绝对值AARE来表征模型精度[9]，公式为：E为实验流变应力值，P为本构方程计算得到的流变应力值，N为流变应力数据点总数目.AARE=6.197%，表明该模型具有良好的精度.分析表明Arrhenius方程在整个应力水平时的式（1）可以很好的表述应变速率与变形温度对BT25钛合金流变应力的影响.1）BT25合金加热到β相区、较低应变速率进行热压缩变形，变形量达到一定程度才能发生动态再结晶现象，晶粒尺寸随着形变量增大变得细小；相同形变量，应变速率越高，变形温度越低，动态再结晶晶粒尺寸越细小.2）BT25合金热压缩变形过程中，相同变形温度，应变速率增加，流变应力增大；相同应变速率，温度升高，流变应力减小.3）BT25合金在α+β两相区（950～1 010 ℃）变形激活能 Q=763.5 kJ/mol，β 相区（1 040～1 100 ℃）Q=231.36 kJ/mol.【相关文献】[1]田飞,曾卫东,马雄,等.物理分析法与金相法测定BT25钛合金相变点[J].材料热处理学报,2011,32(5)∶1-5.[2]王杨,曾卫东,马雄,等.BT25钛合金在两相区变形过程中的显微组织定量分析[J].中国有色金属学报,2013,23(7)∶1861-1865.[3]MA X,ZENG W D,TIAN F,et al.Modeling constitutive relationship of BT25 titanium alloy during hot deformation by artificial neural network[J].Journal of Materials Engineering Perormance,2012,21(8)∶1591-1597.[4]蔡钢,雷旻,万明攀,等.加热速度对BT25钛合金α→β相变的影响[J].稀有金属,2016,40(1)∶8-13.[5]张喜燕,赵永庆,白晨光.钛合金及应用[M].北京∶化学工业出版社,2005.[6]胡赓祥,蔡珣,戎咏华.材料科学基础[M].上海∶上海交通大学出版社,2010.[7]戚运莲.Ti600高温钛合金的热变形行为及加工图研究[D].西安∶西北工业大学,2007.[8]王方,李鑫,鲁世强,等.变形态Ti40合金的高温流变应力模型研究[J].锻压技术,2012,37(2)∶134-138.[9]SHI-QIANG L U,OUYANG D L,CUI X,et al.Dynamic recrystallization behavior of burn resist ant titanium alloy Ti-25V-15Cr-0.2Si[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2016,26(4)∶1003-1010.[10]沈昌武.TA15、TC11钛合金热变形材料本构模型研究[D].西安∶西北工业大学,2007.[11]RAO K P.Development of constitutive relationships using compression testing of a medium carbon steel[J].Journal of Engineering 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钛合金锻造工艺及其锻件的应用pdfDOI:10.14158/ki.1001-3814.2010.23.012金属铸锻焊技术Casting·Forging·Welding 2010 年12 月钛合金锻造工艺及其锻件的应用张智1,2，巨建辉2，戚运莲2，杜宇 2（1.西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055；2.西北有色金属研究院钛合金研究所，陕西西安710016）摘要：介绍了钛合金的几种锻造方式，包括常规锻造、β锻造、近β锻造和等温锻造，以及各种锻造方式对组织和性能的影响。

并对钛合金锻件在各个领域的应用作了综述，对钛合金的锻造工艺作了展望。

关键词：钛合金；锻造；V应用中图分类号：TG316文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)23-0034-04 Forging Technology of Titanium Alloy and Application of ForgingsZHANG Zhi1,2, JU Jianhui2, QI Yunlian2,DU Yu2(1. School of Metallurgic Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China; 2. Titanium Alloys Research Center, Northwest Institute for Nonferrous Metal Research, Xi'an 710016, China)Abstract：The main forging technologies of titanium alloy are reviewed，including traditional forging，β forging，near-β forging and isothermal forging．The effects of the forging process on the microstructureand mechanical properties of titanium alloys are studied．Moreover，the application of titanium alloy forgings in various field is summarized，and the forging technology of titanium alloy is expected．Key words：titanium alloy; forging; application近年来，钛合金因其高的比强度、优异的耐腐蚀性、良好的生物相容性等优点，迅速发展成为具有强大生命力的新型关键结构材料，被广泛应用于航空航天、军事工业、石油化工以及医疗卫生等领域[1-3]。

锻造工艺对钛合金锻件组织性能的影响钛合金是一种重要的结构材料，具有良好的耐腐蚀性、高比强度和高比刚度等特点。

由于其广泛应用于航空航天、汽车制造、生物工程等领域，对钛合金的性能和制造工艺的研究变得尤为重要。

在钛合金的制造工艺中，锻造是一种常用的方法。

本文将重点探讨锻造工艺对钛合金锻件组织性能的影响，并分析其中的原因。

首先，锻造工艺对钛合金锻件的晶粒尺寸和晶粒形态有着重要影响。

在锻造过程中，钛合金会经历高温和高应变速率的变形，这将导致晶粒的放大和层流增长。

较大的晶粒尺寸会使材料的强度和塑性下降，而较小的晶粒尺寸则可以提高材料的机械性能。

因此，通过适当的锻造工艺参数，如温度、应变速率和应变量等的控制，可以得到晶粒细小且等轴形态的钛合金锻件，从而改善其力学性能。

其次，锻造工艺对钛合金锻件的组织结构和相组成也有重要影响。

在锻造过程中，钛合金的显微组织往往发生变化，原有的β相逐渐转变为α相。

锻造温度和速率的选择将直接影响到相变行为和形成的相组成。

高温和较快的变形速率有利于β→α相的转变，得到含有较多等轴α的钛合金锻件。

而低温和较慢的变形速率则有利于完全转变为片状α相的钛合金锻件。

根据应用的需求，可以通过调整锻造工艺参数来控制晶粒尺寸和相组成，以获得具有理想性能的钛合金锻件。

此外，锻造工艺还可以改善钛合金锻件的组织均匀性和一致性。

在钛合金的锻造过程中，通过应用适当的锻压力和变形次数，可以使材料中的局部组织结构得到改善，从而使最终的锻件具有更为均匀和一致的性能。

通过有效的变形和热处理过程的组合使用，可以消除材料中产生的缺陷和残余应力，进一步提高钛合金的力学性能和可靠性。

综上所述，锻造工艺对钛合金锻件的组织性能有着重要影响。

通过控制锻造工艺参数，可以实现钛合金锻件晶粒的细化和等轴化，调控相的组成和分布，改善组织均匀性和一致性。

此外，在锻造工艺中还可以采用热处理等其他工艺手段来进一步优化钛合金锻件的性能。

因此，深入研究和应用锻造工艺对钛合金锻件的影响，将有助于提高钛合金的制造质量和性能，满足不同行业对材料性能的需求，推动钛合金材料的广泛应用。

固溶温度和冷却速率对BT25钛合金组织的影响杨晓;雷旻;万明攀;俞晓博【摘要】通过温控精度达到0.5℃/s的高精度快速相变仪研究了固溶温度和冷却速率对BT25钛合金显微组织的影响规律.结果表明:BT25钛合金的显微组织中等轴α相数量随固溶温度的升高而减少,同时β晶粒逐渐长大,组织形态从等轴组织过渡到双态组织,当固溶温度超过β相变点时组织从双态组织演变为魏氏组织;随着冷却速率的升高,显微组织中的α片层厚度逐渐降低,当冷却速率大于l0℃/s时,可以抑制晶界α相的产生;在低冷却速率时的大晶粒尺寸的片层组织的断裂方式为延性韧窝断裂和解理断裂混合,当冷速提升后,断裂方式为韧性断裂.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】4页(P83-86)【关键词】BT25钛合金;固溶处理;显微组织;冷却速率【作者】杨晓;雷旻;万明攀;俞晓博【作者单位】贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;贵州省材料结构与强度重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;贵州省材料结构与强度重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;贵州省材料结构与强度重点实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;贵州省材料结构与强度重点实验室,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TG156.1随着航空工业的快速发展，先进的航空发动机对材料的要求越来越高[1]，BT25钛合金是一种α+β型马氏体钛合金，其名义成份为Al-Zr-Sn-Mo-Si[2]，其中高熔点元素钨的加入可以大大提高它的热强性，最高使用温度可达550℃。

由于该合金较好的热强性以及热稳定性，现已广泛的应用于航空发动机的制造[3-6]。

于卫敏等人对BT25合金的高温变形行为、锻造工艺优化、成形等方面进行了研究[7-9]，但就热处理工艺对合金显微组织仍缺乏系统的研究，众所周知，钛合金的性能是由显微组织决定的，显微组织对温度变化十分敏感，因此研究温度以及冷速对BT25钛合金的影响是十分有意义的，目前对BT25钛合金固溶温度及冷却速度的研究精度不够高，本文选用了高精度快速相变仪作为基础设备，温控精度达到0.5℃/s，同时量化了转变结束时α相百分比、片层厚度及晶粒尺寸，并且详细分析了BT25钛合金在不同冷却速率的断裂机制，为进一步制定该合金的热加工工艺提供了理论依据。

第58卷0引言随着航空制造技术的发展和军用、民用飞机综合性能的不断提高,航空钛合金材料的发展呈现出高用量、高性能的特点。

例如,美国F22战机钛耗达到41%[1],V 2500发动机钛耗达到31%,民用飞机和钛耗也在增加,预计到2020年,民用飞机钛市场将达到2.8百万吨[2]。

因此,各国开始投入大量的人力和财力研究新型高性能钛合金,尤其是高温钛合金,如美国的Ti 6242S 和Ti 1100,英国的I M I 829和I M -I 834。

我国还研制出了温度在550℃以上的高温钛合金,如Ti 55、Ti -60、Ti 600等[3-4]。

70世纪苏联研制出Ti -A l -Zr -Sn-M o-W 体系+型热强钛合金BT25,其名义成分为Ti -6.7A l -1.5Sn-4Zr -2M o-1W -0.15Si 。

该合金既有BT9钛合金的高热强度,又有BT8钛合金的热稳定性,可加工成锻件、模锻件和棒材,在500~550℃下使用寿命为收稿日期:2023-01-16;修订日期:2023-02-24作者简介:张安(1995—),男,硕士,工程师,从事钛合金材料组织、性能与热加工工艺研究。

E-m ai l :1031470787@锻造变形量对T C 25G 钛合金组织和性能的影响张安,张元东,刘秀良,车安达,马思琴(江西景航航空锻铸有限公司,江西景德镇333000)摘要:将ø260m m TC25G 钛合金圆棒料在T β-40℃温度下保温一段时间后进行锻造,研究15%、30%、45%、和60%四种典型变形量对锻件的组织和室温力学性能的影响。

结果表明,四种变形量的锻件显微组织均由多个椭球状的初生α相和互相交错的条状α相组成;随着变形量的增加,平直的束状α相减少,α相方向性减弱,条状α相尺寸减小;同时,随着变形量的增加,拉伸强度先增后降;变形为30%~50%时,可获得满足技术标准要求的最佳的强塑性匹配。

精锻钛合金棒材的锻透性
胡宗式
【期刊名称】《钛工业进展》
【年(卷),期】2000(000)005
【摘要】@@ 使用任何一种锻压设备锻制钛合金,都存在锻透性的问题.它与锻造参数:变形速度、变形量、变形温度等有直接关系.宝鸡有色金属加工厂从1982年开始用精锻机锻造钛合金,利用GFM公司提供的计算公式考虑锻透性问题、制订锻造变形量.随着钛合金锻造经验的不断积累以及对精锻机理的深入了解,发现直接将GFM公司提供的经典锻透性公式用于钛合金的锻透性计算存在问题.本文从理论和实践两个方面讨论钛合金精锻的锻透性问题.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】胡宗式
【作者单位】宝鸡有色金属加工厂,宝鸡 721014
【正文语种】中文
【中图分类】TG4
【相关文献】
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