N、O、Fe的含量對TA15鈦合金性能和組織的影響
本文主要研究了雜質(zhì)元素N、O、Fe 含量對TA15 鈦合金力學(xué)性能的影響，并通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡等實(shí)驗手段對不同雜質(zhì)成分的微觀(guān)組織進(jìn)行了研究分析。研究結果表明：隨著(zhù)雜質(zhì)N、O、Fe 含量的增加,TA15 鈦合金的室溫拉伸、高溫持久均得到提高。在顯觀(guān)組織上，不同雜質(zhì)含量的組織形貌、結構有一定的差別。
1、引言
鈦合金中含有Al、Mo、V、Zr 等合金元素和主要Fe、N、O 雜質(zhì)元素，控制這些元素的一定含量和組合可以得到綜合性能良好的半成品，為最終在航空、航天、石油、化工等重要行業(yè)用的零件提供優(yōu)質(zhì)的原材料。
TA15是前蘇聯(lián)在本世紀60 年代初研制的近α型鈦合金，它的名義成分是Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V，兼有α型和（α+β）型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的熱穩定性，長(cháng)時(shí)間工作溫度可達500℃。同時(shí)TA15 鈦合金的焊接性和工藝塑性良好，可制成板材、棒材、鍛件等多種規格產(chǎn)品，廣泛應用于飛機發(fā)動(dòng)機及機身結構件。
TA15 鈦合金采用的是普通退火制度（700℃~850℃，1h~4h 空冷），因此合金元素和雜質(zhì)元素的成分、熱加工工藝的控制對是強化性能的關(guān)鍵。本文主要研究了TA15 鈦合金的雜質(zhì)元素Fe、N、O的含量對力學(xué)性能影響，并通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對TA15 不同雜質(zhì)成分的微觀(guān)組織進(jìn)行了觀(guān)察和分析，從而揭示TA15 鈦合金中雜質(zhì)元素強化性能的機理。
2、試驗材料和方法
試驗的材料是采用三爐雜質(zhì)成分不同的φ14mnn 棒材。這三爐棒材是由實(shí)驗室冶煉的小錠采用相同冶煉工藝、相同的熱加工工藝得到的。
實(shí)驗過(guò)程如下：先采用相同熱處理制度將三爐試樣退火后，測試了室溫拉伸、高溫拉伸、持久、沖擊，并利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡對試樣的微觀(guān)組織結構進(jìn)行了觀(guān)察分析。
3、試驗結果和分析
3.1、化學(xué)成分
將主要合金元素控制在中線(xiàn)，然后設計了成分1：主要雜質(zhì)元素N、O、Fe 均為海綿鈦中帶入，不另外配。成分2：在成分1 的基礎上提高O、Fe的含量。而成分3：則在在前2 種成分的基礎上又提高了N 的含量。測試結果見(jiàn)表1。
3.2、相變點(diǎn)
由于O、N 是α穩定元素，提高相變點(diǎn)；Fe是β穩定元素，降低相變點(diǎn)，因此，不同O、N、Fe含量的成分得到的相變點(diǎn)會(huì )不一樣（見(jiàn)表1）。成分2 由于增加了O、Fe，因此相變點(diǎn)比成分1 略高一些，而成分3 的N 增加較多，相變點(diǎn)要高出成分1、成分2 近20℃~30℃。
3.3、力學(xué)性能
三種成分的試樣得到的力學(xué)性能見(jiàn)表2�？梢钥吹饺N成分得到的力學(xué)性能有較大的差別。①室溫拉伸強度：屈服強度和抗拉強度隨著(zhù)O、N、Fe含量的增加而逐漸提高，而成分3 的斷面收縮率要比成分1 和成分2 低20%左右。②500℃的拉伸強度：成分1 的屈服強度和抗拉強度低于后兩種成分，但成分2 和成分3 的屈服強度和抗拉強度相差不大；斷面收縮率的變化趨勢與室溫一樣。③500℃持久強度：成分1 的持久強度很差，達不到技術(shù)標準的要求，而成分2 和成分3 的持久強度均能滿(mǎn)足技術(shù)指標。④室溫沖擊：隨著(zhù)O、N、Fe 含量的增加室溫沖擊值逐漸降低。
3.4、微觀(guān)組織
三種成分的試樣退火后的微觀(guān)組織見(jiàn)圖1a,b,c、圖2a,b,c。它們均為兩相雙態(tài)組織，由等軸或球狀的初生α相和β轉變組織組成。從光學(xué)顯微鏡得到的500 倍圖片和高倍率的掃描照片來(lái)看：不同成分的組織中，初生α相的含量、尺寸以及β轉變基體上次生α相的含量、長(cháng)短都有差異。成分1的初生α相的含量最多，但大小不均勻，有大有��；成分2 的初生α相的尺寸最小，并且比較均勻。而成分1 的次生α相既有長(cháng)條狀，也有短棒狀，尺寸也比較寬，（見(jiàn)圖2a）；成分2 中的黑色β轉變基體較多（見(jiàn)圖1b），但分布其中的條狀次生α相比較均勻，均為短棒狀；成分3 的試樣組織中，球狀的初生α相顆粒比較均勻，而分布在β轉變基體上的條狀次生α相也比較細。
