熱處理對Ti6242S鈦合金組織性能及探傷的影響

  Ti6242S鈦合金是美國Timet公司在上世紀70年代研制的一種高抗蠕變Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si系高溫鈦合金,其名義成分為Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si,國內牌號為TA19。該合金的典型特點是具有高的蠕變抗力,最高使用溫度可達550℃,已被廣泛應用于F414、F119、TRENT800等先進的軍用和民用航空發動機上,是550℃以下壓氣機盤和葉片的首選鈦合金材料。

  熱處理制度對鈦合金的組織及力學性能有顯著的影響,尤其是固溶溫度的變化對鈦合金強度的影響顯著。另外,不同尺寸的試樣經相同熱處理制度處理后其顯微組織也存在著差異。以往對Ti6242S鈦合金熱處理與性能的研究主要以小試樣熱處理為樣本,無損檢測主要以接觸法為主,研究人員首次對Ti6242S鈦合金Φ200mm大棒材進行整體熱處理研究,并且首次對熱處理后的大棒材采用水浸探傷系統進行超聲波探傷研究,以期為工業化生產Ti6242S鈦合金大棒材及熱處理工藝的制定提供理論依據。

  試驗材料為某公司生產的Ti6242S鈦合金鑄錠,采用金相法測得其相變點為1010±5℃。Ti6242S鈦合金鑄錠經過反復鍛造后制成Φ200mm規格的棒材,將棒材沿長度方向三均分,分別作標記。再在其中一棒材上鋸切一段Φ200mm×25mm試樣,作標記,并與三均分的另二段棒材進行不同的熱處理試驗,熱處理制度分別為:

  Φ200mm×25:980℃/60min,風冷+595℃/8h,空冷

  Φ200mm×650:980℃/150min,風冷+595℃/8h,空冷

  Φ200mm×650:750℃/150min,空冷

  熱處理后分別在各棒材的邊緣、1/2R處、心部取力學性能試樣和高倍試樣,進行組織形貌觀察、室溫和高溫力學性能測試、蠕變性能測試以及超聲波無損檢測。試驗結果表明:

  (1)Ti6242S鈦合金大棒材熱處理過程中冷卻速度的差異,導致固溶時效態顯微組織中越靠近心部位置,等軸初生α相含量越高;退火態顯微組織中等軸初生α相含量較固溶時效態更高,且等軸化效果更好。

  (2)與普通退火態的相比,固溶時效處理的Ti6242S鈦合金大棒材綜合性能匹配較好。

  (3)Ti6242S鈦合金大棒材經普通退火處理后高溫蠕變性能較差。

  (4)固溶時效處理的Ti6242S鈦合金大棒材水浸探傷底波的均勻性略有提高,雜波可降低-2dB,而普通退火無此效果。