N、O、Fe的含量对TA15钛合金性能和组织的影响(2)

2010-01-15 闵新华宝钢股份特殊钢分公司

4、讨论

4.1、杂质含量对性能的影响

　　据文献介绍，除了Al、Mo、V、Zr 等合金元素外，钛合金中杂质含量对性能的影响很大，杂质含量增多可提高太合金的强度而降低其塑性。O、N、C、Fe 是钛合金中经常存在的杂质，Fe 在有些牌号中还是主要强化元素。其中，N 对性能的影响最大，O 居中，C 最小。真空技术网另文中列出了N、O 含量对碘化法钛机械性能的影响（见表3、表4）。从表3 中可以看到：当钛中随着N 含量的增加，室温拉伸强度逐渐增加，并且增加幅度明显，当钛中含0.23%N 时，拉伸强度可以提高到92 公斤力/毫米2，塑性下降，但不厉害；从表4 中可以看到：钛中O的含量增加，也使室温强度增加，但是含量在0.25%以下时，增加幅度不大。钛中O 的含量每提高0.1%就使其强度约升高15公斤力/毫米2，但是O 对断裂韧性影响较大，因此O 在钛合金中的含量要低，一般技术要求在0.15%以下。

　　那么从本实验中得到：TA15 钛合金中O 从0.09%增加到0.12%~0.13%，Fe从0.10%增加到0.15%后，室温、500℃拉伸强度均提高了约40Mpa，从统计数据来看，室温、500℃拉伸强度的提高应该是O 的贡献， Fe含量的增加对强度贡献不明显。O、Fe 含量的增加对塑性的影响倒不大，成分1 和成分2 的实验结果基本相近；而持久强度的提高可能是O、Fe提高的共同作用。再看成分3中N 含量增加后，室温拉伸强度进一步提高，高温拉伸强度却没有增加；而室温和高温的断面收缩率、室温冲击均下降。

4.2、杂质含量对微观组织的影响

　　按照常规的钛合金微观组织的分类方法，本实验中不同杂质成分的TA15 钛合金试样的微观组织均是双态组织，即包括球状和片状混合的组织类型，而描述这类组织的主要参数有初生α相（等轴球状）的颗粒尺寸，次生α相的片层厚度（粗细）和不同形貌的体积分数。本实验没有研究三种成分不同相的体积分数，但一定程度上从初生α相、次生α相上反映了杂质含量对显微组织的影响。热加工工艺参数对最终成品的组织形貌起决定性作用。本试验的热加工工艺是一样的，均是在相变点以下40℃终轧。根据有关资料介绍，在热加工工艺一致的情况下，β晶粒的尺寸、α片状的厚度还与合金的成分、含量有关。从本实验的结果来看，增加O、Fe 含量，初生α相的颗粒变得均匀、细小，短棒状的次生α相增多，这样的组织有利于拉伸强度、持久强度的提高，而塑性没有下降。根据室温强度的经验公式：

　　σb=156-0.005D-1.0d-15b

　　其中D 是原始β晶粒平均直径；

　　d 是片状α集团的平均直径；

　　b 是片状α的厚度。

　　在本实验中假设原始β晶粒平均直径看作是相等，那么从光学显微镜的组织照片和扫描电镜照片来看：随着O、Fe 含量的增加，短棒片状α增加，说明片状α集团的平均直径减少，同时片状α的厚度也变薄，造成了σb 提高。另外，初生α相的颗粒变得均匀、细小也使得σb 提高。

　　而随着N 含量的增加，片状α变得细、更短，使得σb 进一步提高，但是，成分3 得到的组织形态较之成分1 和成分2 有很大的差别，因此对塑性和冲击造成了下降的影响。具体的机理有待做更深入的研究。