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  • 寶雞鈦合金廠家談Ti75合金大厚板的力學性能

    發(fā)布時間: 2020-07-11 16:56:19    瀏覽次數:

    1、概述

    Ti75合金是一種近α型鈦合金,具有中等強度,良好的塑韌性和可焊性。過去研制的板材厚度為20mm,其力學性能Rp0.2≥630 MPa、Rm≥730MPa、A≥13%、z≥30%。目前試制的大厚板厚度為48 mm和70 mm,力學性能指標為:Rp0.2>550 MPa,Rm≥700MPa,A≥13%,Z≥25%。

    我們知道,材料規(guī)格的擴大化,一般引起力學性能的下降。設計要求在擴大Ti75合金規(guī)格時,保持塑韌性指標不降的情況下,強度指標可下降30MPa,為了達到這一要求,在擴大材料規(guī)格時,除適當調整合金元素含量外,選擇合理的熱加工工藝是關鍵。本工作是對試制的大厚板不同部位進行解剖取樣,測定其Rp0.2、Rm、A、Z4種性能,并進行統(tǒng)計分析,討論了Ti75合金大規(guī)格板材力學性能的均勻性。

    2、試驗方法

    試驗用料為Ti75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,沿對角線分為邊部、1/2部、心部3部分,共9個位置,每部分分為T向(橫向)、L向(縱向)兩個方向取樣。直接在板材上取樣坯,再加工成標準試樣。根據《金屬材料室溫拉伸試驗方法》測試其力學性能。

    3、結果與分析

    板材力學性能試驗結果(均值)見表1。

    板材力學性能試驗結果

    從表1結果可以看出:力學性能基本滿足指標要求,屈服強度(Rp0.2)、斷面收縮率(Z)與指標要求比余量大,抗拉強度(Rm)、延伸率a)余量較小,板材L向性能低于T向。

    3.1統(tǒng)計方法的選用

    金屬及合金強度性能一般服從于正態(tài)分布。選用數理統(tǒng)計正態(tài)分布中的位置、散布特征參數,分析抗拉強度和延伸率的試驗結果,所用參數是:算術平均值x、方差s、極小值a、極大值b。從板材所測5種數據中,R0.2、Z、AKv值均能滿足指標要求,只有R0.2、Z、AKv種性能相差較大。因此,用Rm、A數據分析母體材料性能的差異,并討論其產生的原因。

    3.2板材拉伸性能的統(tǒng)計分析

    由于強度性能服從正態(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少,故不作分布函數的檢驗。

    3.2.1

    48mm、70mm板材縱、橫向的Rm、A的統(tǒng)計計算。

    結果列于表2。

    材縱、橫向的R0.2、A統(tǒng)計結果

    從表2可以看出:

    a.不管是48 mm厚板或70 mm厚板,板材T向的強度均比L向高,前者高達36 MPa,后者高達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,表明函數分布的峰度系數比較負:

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    即數據分散度大,這一點從強度極值差也能看出,差值達50 MPa~55 MPa;

    b.塑性指標延伸率的結果則相反,L向比T向高,極值差為5%~9%;

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

    3.2.3 Ti75合金厚板、國產TA5厚板、日產Ti6A14V(ELI)厚板的比較

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

    從表3的數據可以看出,Ti75厚板強度橫向比縱向高27MPa,而TA5厚板與TC4厚板其強度縱向比橫向高,TA5高5.3MPa,TC4高4.7MPa,縱橫方向強度差比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達到28.5 MPa,數據分散性較大。

    由表4可知:3個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Ti75、TA5、Ti6A14V(ELI)3種合金厚板表層和心部的抗拉強度進行了比較,見表5。

    從表5可以看出:Ti75板T向的抗拉強度,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重的強度不均。TC4(ELI)合金板材,抗拉強度邊部比心部高,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

    根據對抗拉強度和延伸率的統(tǒng)計分析,大規(guī)格板材的抗拉強度和延伸率余量不大。48 mm厚板材縱向強度合格率只有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%。

    Ti75、TA5、Ti6A14V(ELI)厚板不同部位的抗拉強度

    4、結論

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

    2)Ti75與TA5、Ti6A14V厚板力學性能相比,數據分散性差別不大。

    3)Ti75合金厚板性能指標中,Rp0.2、Z與指標要求相比余量大,但Rm、A較低,影響材料的合格率。

    參考文獻

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

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