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浅谈热处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响

2013-11-30苗高蕾

山东工业技术 2013年12期
关键词:杨氏模量时效钛合金

苗高蕾

(西安航空职业技术学院,陕西 西安 712000)

0 前言

在社会经济发展的推动下,科学技术获得了良好的发展环境,取得了巨大的进步,新的技术和设备层出不穷,极大地方便了人们的生活。但是,由于部分设备使用环境的特殊性,对自身的构成材料提出了更高的要求。普通的金属材料难以满足这种需求,因此,技术人员将多种金属的特性融合为一体,使得其各自的性能得到了最大程度的发挥,产生了许多特种金属,也就是通常所说的合金。合金的出现和发展,极大的推动了社会的进步,其意义是十分重大的。

1 Ti2448合金概述

Ti2448合金是钛合金的一种,主要应用于医疗卫生领域,作为人造骨骼的基本原料使用。钛合金兴起和发展于20世纪50年代,属于合金的一种,是以金属钛为基础,添加其他元素所组成的合金,自身具有强度高、耐候性好、抗腐蚀、抗高温等优点,在多个领域得到了广泛应用。

钛合金在医学领域的应用,起源于人体骨骼的替代需求。例如,部分病患由于各种原因,需要更换骨骼,但是普通的金属材料可能对人体造成危害,而塑料材料等的强度和韧性难以满足使用需求。因此,相关技术人员将目光放在了合金领域。由于要满足人体的使用需求,合金必须具备重量轻、抗侵蚀、强度高、使用寿命长等特点,经过不断的试验,最终得到了Ti2448合金。该合金属于亚稳β钛合金,与人体骨骼的杨氏模量相似,可以充分满足人体自然使用的需求,因此成为人体骨骼的最佳替代金属,在医疗方面得到了广泛应用。

2 热处理对于Ti2448合金冷轧板组织的影响

为了检验热处理对于Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响,需要结合相应的试验分析,才能切实保证数据的准确性和真实性。选择适量的合金,通过相应的设备对其进行热处理,结合试验所得结果,对其进行分析。

根据试验过程中观察到的情况,可以明确:在550-900℃的温度下,对试样冷轧板进行退火处理,10min后,观察到冷轧板组织的晶粒尺寸会随着退火温度的不断上升,逐渐变大。其基本情况如下:

温度(单位:℃)晶粒尺寸(单位:nm)550-600 ≤100 600-650 600 700-900 10000

同时,在退火过程中,运用X射线对材料进行衍射分析,结果表明,材料在650℃以下进行退火处理时,其分析结果呈α相,在700℃以上进行退火处理时,则没有α相析出。换言之,Ti2448合金在(α+β)与β相之间相互转变的温度在650-700℃之间。而经过750℃以上的高温退火10min后,在450-500℃的时效后,对材料进行分析,则析出针状α相,且随着时效时间的增加,α相的体积分数也在不断扩大;随着时效温度的提高,α相析出的优先级也越来越高,与其他亚稳β型钛合金的情况基本一致。分析其产生的原因,主要是合金的β转变温度相对较低,时效温度越低,α相在晶界的析出要高于晶体内部,而如果时效温度继续降低,则α相呈现均匀析出,与β相差距减小。另外,退火处理温度的降低,也会导致低温时效α相的析出。最终试验结果表明,通过降低退火温度,可以缓解时效过程中α相的形成和析出,从而避免其对于合金冷轧板力学性能的不利影响。

3 热处理对于Ti2448合金冷轧板性能的影响

热处理对于Ti2448合金冷轧板性能的影响主要体现在力学方面,而影响因素则包括多个方面。

3.1 退火

通过适当的退火处理,可以对Ti2448合金冷轧板的拉伸性能以及杨氏模量进行调节,使得板材在室温环境下的塑性得到显著提高,以700℃以上的退火温度想过最为显著;如果退火温度低于550℃,则合金板材的拉伸强度以及屈服强度或有所下降,但是趋势并不明显;同时,只要对材料进行退火处理,就必然会提高其杨氏模量,只是相对而言,当退火温度在700℃以上时,提升相对较小,并不显著;退火温度在650℃以下时,则杨氏模量会随着温度的不断降低,呈现出明显的上升趋势。

3.2 时效

以700℃以上的样品退火为例,如果在460-500℃的温度范围内,进行短时间的退火,则对于材料强度的影响并不明显。而随着时效时间的逐渐延长,材料的强度和弹性模量也会不断提高。一般情况下,当时效时间达到4h时,提升的程度最为明显。同时,随着时效温度的提升,材料的弹性模量和屈服强度也会出现较大的提高。因此,对于单步退火处理的冷轧板材而言,使用双步热处理技术,可以在保持材料的高强度和低弹性模量的情况下,提升其在室温环境下的塑性。

4 结论

通过上文的试验和分析,可以得出以下结论:

4.1 Ti2448合金冷轧板的内部晶粒组织,会随着退火温度的升高而不断长大,在提高材料塑性的同时,使得其强度和杨氏模量降低

4.2 经过退火处理后,材料会随着时效时间的延长而增加析出α相的体积分数,并逐渐由晶界析出向晶内析出转变。在这个过程中,材料自身的强度和杨氏模量会逐渐增加

4.3 通过对α相的含量以及晶粒尺寸的控制,可以对合金的力学性能与杨氏模量之间的相互关系进行调节

[1]崔天成,李述军,郝玉琳,杨锐.热处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响[J].材料研究学报,2008,22(3):225-230.

[2]田宇兴,李述军,郝玉琳,杨锐.Ti2448合金在不同应变速率下的高温变形机制[J].中国有色金属学报,2010,20(z1):83-86.

[3]强洪夫,王哲君,王学仁,王广.一种新型亚稳β钛合金的热变形本构模型[J].稀有金属,2011,35(6):823-827.

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