寶雞鈦合金廠家談Ti75合金大厚板的力學(xué)性能

1、概述

Ti75合金是一種近α型鈦合金，具有中等強(qiáng)度，良好的塑韌性和可焊性。過(guò)去研制的板材厚度為20mm，其力學(xué)性能R_p0.2≥630 MPa、R_m≥730MPa、A≥13％、z≥30％。目前試制的大厚板厚度為48 mm和70 mm，力學(xué)性能指標(biāo)為：R_p0.2>550 MPa，R_m≥700MPa，A≥13％，Z≥25％。

我們知道，材料規(guī)格的擴(kuò)大化，一般引起力學(xué)性能的下降。設(shè)計(jì)要求在擴(kuò)大Ti75合金規(guī)格時(shí)，保持塑韌性指標(biāo)不降的情況下，強(qiáng)度指標(biāo)可下降30MPa，為了達(dá)到這一要求，在擴(kuò)大材料規(guī)格時(shí)，除適當(dāng)調(diào)整合金元素含量外，選擇合理的熱加工工藝是關(guān)鍵。本工作是對(duì)試制的大厚板不同部位進(jìn)行解剖取樣，測(cè)定其R_p0.2、R_m、A、Z4種性能，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，討論了Ti75合金大規(guī)格板材力學(xué)性能的均勻性。

2、試驗(yàn)方法

試驗(yàn)用料為T(mén)i75合金退火態(tài)板材。材料規(guī)格為48mm×1000mmxl500mm、70mm×1000 mmxl000mm。

將板材沿厚度方向分為表層、1/4層、1/2層等3層，沿對(duì)角線分為邊部、1/2部、心部3部分，共9個(gè)位置，每部分分為T(mén)向(橫向)、L向(縱向)兩個(gè)方向取樣。直接在板材上取樣坯，再加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣。根據(jù)《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法》測(cè)試其力學(xué)性能。

3、結(jié)果與分析

板材力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果(均值)見(jiàn)表1。

從表1結(jié)果可以看出：力學(xué)性能基本滿足指標(biāo)要求，屈服強(qiáng)度（R_p0.2）、斷面收縮率（Z）與指標(biāo)要求比余量大，抗拉強(qiáng)度（R_m）、延伸率a)余量較小，板材L向性能低于T向。

3.1統(tǒng)計(jì)方法的選用

金屬及合金強(qiáng)度性能一般服從于正態(tài)分布。選用數(shù)理統(tǒng)計(jì)正態(tài)分布中的位置、散布特征參數(shù)，分析抗拉強(qiáng)度和延伸率的試驗(yàn)結(jié)果，所用參數(shù)是：算術(shù)平均值x、方差s、極小值a、極大值b。從板材所測(cè)5種數(shù)據(jù)中，R0.2、Z、AKv值均能滿足指標(biāo)要求，只有R0.2、Z、AKv種性能相差較大。因此，用R_m、A數(shù)據(jù)分析母體材料性能的差異，并討論其產(chǎn)生的原因。

3.2板材拉伸性能的統(tǒng)計(jì)分析

由于強(qiáng)度性能服從正態(tài)分布，這里直接求出正態(tài)分布的平均值、方差、大與小的極值，板材上抽取的子樣數(shù)少，故不作分布函數(shù)的檢驗(yàn)。

3.2.1

48mm、70mm板材縱、橫向的R_m、A的統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

結(jié)果列于表2。

從表2可以看出：

a.不管是48 mm厚板或70 mm厚板，板材T向的強(qiáng)度均比L向高，前者高達(dá)36 MPa，后者高達(dá)27MPa，其方差值T向比L向高更多，48 mm厚板高42％，70mm厚板高36．5％，方差越大，表明函數(shù)分布的峰度系數(shù)比較負(fù)：

即數(shù)據(jù)分散度大，這一點(diǎn)從強(qiáng)度極值差也能看出，差值達(dá)50 MPa~55 MPa；

b.塑性指標(biāo)延伸率的結(jié)果則相反，L向比T向高，極值差為5％～9％；

C.70mm厚板材抗拉強(qiáng)度比48 mm厚板低，且2種規(guī)格板材L向強(qiáng)度和塑性的差值比T向小。

3.2.3 Ti75合金厚板、國(guó)產(chǎn)TA5厚板、日產(chǎn)Ti6A14V(ELI)厚板的比較

對(duì)70 mm厚Ti75鈦合金板、50 mm厚TA5板、105mm厚Ti6A14V(ELI)板的R_m、A的均值、方差、極值進(jìn)行比較。如表3和表4所示。

從表3的數(shù)據(jù)可以看出，Ti75厚板強(qiáng)度橫向比縱向高27MPa，而TA5厚板與TC4厚板其強(qiáng)度縱向比橫向高，TA5高5．3MPa，TC4高4.7MPa，縱橫方向強(qiáng)度差比Ti75合金小很多，方向性不明顯，但S值均比Ti75合金大。尤其是TA5合金S達(dá)到28.5 MPa，數(shù)據(jù)分散性較大。

由表4可知：3個(gè)合金板材縱橫向延伸率差較小。

TA5合金板縱向方差值較大，TC4合金板塑性較均勻，Ti75合金居中。

3.2.4部位(邊部和中心)性能差的比較

對(duì)Ti75、TA5、Ti6A14V(ELI)3種合金厚板表層和心部的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了比較，見(jiàn)表5。

從表5可以看出：Ti75板T向的抗拉強(qiáng)度，邊部比心部高得較多，而縱向相差較小。TA5合金板的L向，邊部比T向高，且差值較大，表明板材不同部位有嚴(yán)重的強(qiáng)度不均。TC4(ELI)合金板材，抗拉強(qiáng)度邊部比心部高，但邊部與心部差值均為30MPa，比較均勻。

3.3 Ti75合金板材合格率

根據(jù)對(duì)抗拉強(qiáng)度和延伸率的統(tǒng)計(jì)分析，大規(guī)格板材的抗拉強(qiáng)度和延伸率余量不大。48 mm厚板材縱向強(qiáng)度合格率只有81.9％，縱向延伸率合格率為96.6％，總合格率為79.1％。70 mm厚板材縱向強(qiáng)度合格率只有70.5％，縱向延伸率合格率為97.7％，總合格率為68.9％。

4、結(jié)論

1)Ti75合金48mm、70mm厚板，不同部位力學(xué)性能存在不均勻性，邊部與中心部位性能差別較大，橫向強(qiáng)度高，塑韌性低，不同方向性能差比TA5和TC4更大。

2)Ti75與TA5、Ti6A14V厚板力學(xué)性能相比，數(shù)據(jù)分散性差別不大。

3)Ti75合金厚板性能指標(biāo)中，R_p0.2、Z與指標(biāo)要求相比余量大，但R_m、A較低，影響材料的合格率。

參考文獻(xiàn)

【1】Shu Delin(束德林)．MechanicalProperties of腦F億，(金屬力學(xué)性能)[M].Beijing：Mechanical Industry Press，1990：158