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氧含量对TA5-A板材力学性能的影响

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TA5-A钛合金是一种全α型钛合金,由于其具有中等强度、良好的焊接性能及耐海水腐蚀性能,是舰船用金属结构材料的理想选择。TA5钛合金在热加工过程中变形抗力较大,表面易出现裂纹,这些因素对…

TA5-A钛合金是一种全α型钛合金,由于其具有中等强度、良好的焊接性能及耐海水腐蚀性能,是舰船用金属结构材料的理想选择。TA5钛合金在热加工过程中变形抗力较大,表面易出现裂纹,这些因素对产品的成材率和性能是不利的。研究化学成分对材料性能的影响规律,并找出其与组织性能之间的匹配关系,是保证TA5-A钛合金产品成材率的因素之一,也是保证其性能合格的必要条件。

采用热轧法对3个TA5-A钛合金坯料进行加工,TA5-A钛合金板坯尺寸为68mm×1265mm×1500mm。坯料的化学成分符合GJB944-1990标准。

轧制之前,采用地坑炉对坯料进行加热,一火加热温度960℃,保温250min,经过一火次轧制,轧制总变形率约为67%,一火共轧制6个道次。二火加热温度920℃,保温一段时间后,经过一火次轧制,轧制总变形率约为73%,轧制后板材的厚度为16.4mm。

由轧制后板材的力学性能可以发现,TA5-A板材的冲击韧性和断后伸长率均符合GJB944-90标准要求,但抗拉强度低于标准值20~30MPa,屈服强度低于标准值5~10MPa。从化学成分分析,造成抗拉强度、屈服强度低于标准值原因之一可能是由于TA5-A铸锭熔炼时氧含量偏低(0.04~0.06%)造成的。

因此,在第二次投料时对TA5-A钛合金铸锭的成分做了调整,提高了O元素的含量。试验结果可以看出,轧制工艺不变,提高氧含量后,TA5-A板材的力学性能有所改善,韧性断后伸长率变化不大,冲击韧度呈现先增大后减少的趋势,抗拉强度和屈服强度增加的幅度较大,均增加约150MPa。

研究结果表明:在轧制条件相同的情况下,随氧含量的增加,TA5-A钛合金板材的抗拉强度和屈服强度均升高;氧含量的增加对板材塑性影响不大;冲击韧度随氧含量的增加逐渐增加,但当含氧量增大到一定值时,其冲击韧度反而下降,因此氧含量不是越高越好,氧含量在0.08%~0.10%时,其综合力学性能较好。

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