Page 32 - 理化检验-物理分册2021年第三期

李 笑, 等: Ti-6Al-4V 合金厚板固溶时效热处理工艺的正交试验优化

表 2 正交试验方案

Tab 2 Schemeofortho g onaltest
A B C D
试验编号 热处理工艺
固溶温度 / ℃ 冷却方式 时效温度 / ℃ 时效时间 / h
空冷
1 900 500 2 900 ℃ / 1.5h , AC+500 ℃ / 2h , AC

2 920 水冷 550 2 920 ℃ / 1.5h , WC+550 ℃ / 2h , AC

3 940 空冷 600 4 940 ℃ / 1.5h , AC+600 ℃ / 4h , AC

4 960 水冷 650 4 960 ℃ / 1.5h , WC+650 ℃ / 4h , AC

5 960 水冷 500 6 960 ℃ / 1.5h , WC+500 ℃ / 6h , AC

6 940 空冷 550 6 940 ℃ / 1.5h , AC+550 ℃ / 6h , AC

7 920 水冷 600 8 920 ℃ / 1.5h , WC+600 ℃ / 8h , AC

8 900 空冷 650 8 900 ℃ / 1.5h , AC+650 ℃ / 8h , AC

9 900 水冷 600 6 900 ℃ / 1.5h , WC+600 ℃ / 6h , AC

10 920 空冷 650 6 920 ℃ / 1.5h , AC+650 ℃ / 6h , AC
水冷
11 940 500 8 940 ℃ / 1.5h , WC+500 ℃ / 8h , AC

12 960 空冷 550 8 960 ℃ / 1.5h , AC+550 ℃ / 8h , AC

13 960 空冷 600 2 960 ℃ / 1.5h , AC+600 ℃ / 2h , AC

14 940 水冷 650 2 940 ℃ / 1.5h , WC+650 ℃ / 2h , AC

15 920 空冷 500 4 920 ℃ / 1.5h , AC+500 ℃ / 4h , AC

16 900 水冷 550 4 900 ℃ / 1.5h , WC+550 ℃ / 4h , AC
表 3 试验因素对横、 纵向室温强度和塑性的影响

Tab 3 Effect oftestfactorsontransverseandlon g itudinalroomtem p eraturestren g thandp lastic
/
/
抗拉强度 R m MPa 屈服强度 R p 0.2 MPa 断后伸长率 A / % 断面收缩率 Z / %
项目
A B C D A B C D A B C D A B C D

R1 1069 1022 1094 1073 977 932 971 974 14.6 15.6 14.6 14.3 39.6 37.6 37.8 40.3

R2 1073 1123 1081 1072 979 1020 981 976 14.1 13.6 14.6 14.5 36.9 40.8 39.3 38.4

R3 1075 - 1062 1069 977 - 971 972 14.9 - 14.6 15.1 40.1 - 37.8 38.8

R4 1073 - 1054 1077 972 - 969 984 14.9 - 14.4 14.6 40.3 - 37.6 39.5
极差 R 6 101 40 8 7 88 12 12 0.8 2 0.2 0.8 3.4 3.2 1.7 1.9

S1 1050 1020 1059 1051 954 922 943 950 14.4 14.9 14.5 15.2 36.5 36.1 39.0 39.6

S2 1047 1079 1059 1052 951 978 959 954 14.3 14.1 14.7 13.9 37.3 40.4 39.8 36.8

S3 1051 - 1048 1047 948 - 955 946 14.6 - 14.4 14.3 39.8 - 37.8 38.9

S4 1050 - 1032 1049 947 - 943 950 14.7 - 14.4 14.6 39.6 - 36.6 37.9
极差 S 4 59 27 5 7 56 16 8 0.4 0.8 0.2 1.3 3.3 4.3 3.2 2.8
注: R1~R4为各因素各水平下横向室温强度和塑性试验结果的平均值; S1~S4为各因素各水平下纵向室温强度和塑性试验结果的平均值。
温塑性指标的极差很小, 说明在该试验条件下 4 个 2.2 各因素对力学性能的影响原因分析
因素对板材的塑性指标基本没有影响。 合金厚板试样经固溶空冷 + 时效处理后的显微
对比表 3 中的极差可知, 固溶时效热处理的冷 组织形貌如图 2 所示, 经固溶水冷 + 时效处理后的
却方式对板材室温拉伸性能的影响最大。随着冷却 显微组织形貌如图 3 所示。根据图 2 和图 3 可知,
速率的增大, 板材的横、 纵向抗拉强度和屈服强度都 其显微组织为典型的双相组织, 由初生 α 相 + 部分
大幅度提高, 横向的抗拉强度和屈服强度分别提高 β 相转变组织组成, 随着固溶温度的升高, 初生 α 相

了 101 MPa 和 88 MPa , 纵向的抗拉强度和屈服强 逐渐趋于等轴化, 相转变组织中的次生 α 相从球

β
度分别提高了 59 MPa 和 56 MPa , 横、 纵向断后伸 状或短棒状逐渐变为细小针状, 且初生 α 相的面积

长率 降 低 0.8% ~2% , 但 断 面 收 缩 率 却 提 高 了 分数降低, 从 40% 降低到 30% 左右。
3%~4% 。时效温度对板材室温拉伸性能的影响次 2.3 工艺参数的优化分析
之。随着时效温度的升高, 板材横、 纵向抗拉强度均 SAE AMS4904C : 2015 中 对 板 厚 为 25.4~

呈下降趋势, 断后伸长率基本保持不变, 而屈服强度 5 0.8mm 的固溶时效处理后板材的力 学 性 能 的 要

和断面收缩率呈先略微上升后基本保持不 变的趋 求为: R m≥1000MPa , R p 0.2≥931MPa , A≥6% , 根

势, 并在时效温度为 550 ℃ 左右达到最大值。固溶 据表 3 可知, 固溶处理的冷却方式对板材室温拉伸
温度和时效时间对板材室温拉伸性能的影响很小, 性能的影响最大, 采用固溶空冷后经时效处理的试
不同参数下的力学性能数据基本一致。 样 , 其横、 纵向抗拉强度、 断后伸长率和断面收缩率
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