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TC4鈦合金相變溫度的三種測定方法

發布日期:2019-12-13  瀏覽次數:309
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  摘要:相變溫度對鈦合金加工工藝十分重要,合金加工需要進行熱處理,對鈦合金的相變溫度范圍需要計算出具體的數值。本文采用了計算法、差熱分析法和連續升溫金相法對鈦合金試樣進行了測定,取得了相變溫度范圍。文中對三種測試方法進行了分析,得出TC4鈦合金的相變溫度值為998℃。
  前言
  TC4鈦合金的應用范圍較廣,并且應用的領域均屬航空、航天工業,其對工藝的要求較高。在鈦合金工藝改造過程中需要對其進行熱處理,這需要分析鈦合金的相變溫度范圍,文中針對一種鈦合金試樣采用了三種方法測試,得出相變溫度值。
  1.TC4鈦合金的性質及相變溫度
  TC4鈦合金(Ti-6Al-4V)的組成是由α和β兩相鈦合金組成,其優點為:(1)工藝性強;(2)可塑性強;(3)可焊接和耐腐蝕。TC4鈦合金應用廣泛,在我國主要體現在航空業和航天工業中。
  對鈦和鈦合金的加工需要進行熱處理,所以TC4鈦合金的相變溫度的測定十分重要,也是TC4鈦合金處理工藝的應用參數,處理時做熱加工處理,加工鈦合金,使其形成目的形狀,需要對鈦合金的適用溫度進行掌控,這也是在鈦合金熱處理工藝中氧和氮污染指標的重要參考依據。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確的數值,而鈦合金的相變溫度數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定與分析
  2.1不同方法對相變溫度的測定
  2.1.1計算法對相變溫度的測定
  鈦合金相變溫度的變化是熱加工后對其中各元素的變化,通過計算法來推算其溫度變化,計算法能夠在連續升溫金相法中提供淬火溫度的選擇范圍[1]。
  使用計算法對鈦合金相變溫度的測定公式為:
  公式中885℃為單純鈦的相變溫度;W為各元素的質量值;q為各元素對相變溫度的影響。
  按照TC4鈦合金的化學成分和雜質含量對相變溫度的影響,計算公式為:
  鈦合金中成分的含量對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相變溫度的影響作用
  相類型 元素 質量含量(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
  β H 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
  根據計算法推算出TC4鈦合金的相變溫度為885℃+(鋁)126.75℃-()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差熱分析法對相變溫度的測定
  差熱分析法是借助差熱分析儀對試樣進行分析,與在相同條件下的試樣進行對比,根據兩者的溫差變化關系建立曲線對比圖,對物質狀態進行判定[2]。試樣采用空冷的冷卻方式,對消除變形應力較難控制,所以在DSC試樣中存有殘余應力,試驗開始后,溫度會逐漸升高,期間是殘余應力的釋放,殘余應力的釋放屬于放熱行為,所以試樣前階段DSC曲線會偏離基線,而向上放熱。
  2.1.3連續升溫金相法對相變溫度的測定
  在熱工藝操作中,根據計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.結論
  綜上所述,TC4鈦合金的應用范圍較廣,其制作工藝過程需要對鈦合金進行熱處理工藝,因此,需要了解鈦合金的相變溫度值。本文通過三種測試方法測試到試樣鈦合金的相變溫度范圍,其測量值差異不大,每種方法均能夠提供準確數據,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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