寶雞鈦合金廠家談Ti75合金大厚板的力學性能

1、概述

Ti75合金是一種近α型鈦合金，具有中等強度，良好的塑韌性和可焊性。過去研制的板材厚度為20mm，其力學性能R_p0.2≥630 MPa、R_m≥730MPa、A≥13％、z≥30％。目前試制的大厚板厚度為48 mm和70 mm，力學性能指標為：R_p0.2>550 MPa，R_m≥700MPa，A≥13％，Z≥25％。

我們知道，材料規格的擴大化，一般引起力學性能的下降。設計要求在擴大Ti75合金規格時，保持塑韌性指標不降的情況下，強度指標可下降30MPa，為了達到這一要求，在擴大材料規格時，除適當調整合金元素含量外，選擇合理的熱加工工藝是關鍵。本工作是對試制的大厚板不同部位進行解剖取樣，測定其R_p0.2、R_m、A、Z4種性能，并進行統計分析，討論了Ti75合金大規格板材力學性能的均勻性。

2、試驗方法

試驗用料為Ti75合金退火態板材。材料規格為48mm×1000mmxl500mm、70mm×1000 mmxl000mm。

將板材沿厚度方向分為表層、1/4層、1/2層等3層，沿對角線分為邊部、1/2部、心部3部分，共9個位置，每部分分為T向(橫向)、L向(縱向)兩個方向取樣。直接在板材上取樣坯，再加工成標準試樣。根據《金屬材料室溫拉伸試驗方法》測試其力學性能。

3、結果與分析

板材力學性能試驗結果(均值)見表1。

從表1結果可以看出：力學性能基本滿足指標要求，屈服強度（R_p0.2）、斷面收縮率（Z）與指標要求比余量大，抗拉強度（R_m）、延伸率a)余量較小，板材L向性能低于T向。

3.1統計方法的選用

金屬及合金強度性能一般服從于正態分布。選用數理統計正態分布中的位置、散布特征參數，分析抗拉強度和延伸率的試驗結果，所用參數是：算術平均值x、方差s、極小值a、極大值b。從板材所測5種數據中，R0.2、Z、AKv值均能滿足指標要求，只有R0.2、Z、AKv種性能相差較大。因此，用R_m、A數據分析母體材料性能的差異，并討論其產生的原因。

3.2板材拉伸性能的統計分析

由于強度性能服從正態分布，這里直接求出正態分布的平均值、方差、大與小的極值，板材上抽取的子樣數少，故不作分布函數的檢驗。

3.2.1

48mm、70mm板材縱、橫向的R_m、A的統計計算。

結果列于表2。

從表2可以看出：

a.不管是48 mm厚板或70 mm厚板，板材T向的強度均比L向高，前者高達36 MPa，后者高達27MPa，其方差值T向比L向高更多，48 mm厚板高42％，70mm厚板高36．5％，方差越大，表明函數分布的峰度系數比較負：

即數據分散度大，這一點從強度極值差也能看出，差值達50 MPa~55 MPa；

b.塑性指標延伸率的結果則相反，L向比T向高，極值差為5％～9％；

C.70mm厚板材抗拉強度比48 mm厚板低，且2種規格板材L向強度和塑性的差值比T向小。

3.2.3 Ti75合金厚板、國產TA5厚板、日產Ti6A14V(ELI)厚板的比較

對70 mm厚Ti75鈦合金板、50 mm厚TA5板、105mm厚Ti6A14V(ELI)板的R_m、A的均值、方差、極值進行比較。如表3和表4所示。

從表3的數據可以看出，Ti75厚板強度橫向比縱向高27MPa，而TA5厚板與TC4厚板其強度縱向比橫向高，TA5高5．3MPa，TC4高4.7MPa，縱橫方向強度差比Ti75合金小很多，方向性不明顯，但S值均比Ti75合金大。尤其是TA5合金S達到28.5 MPa，數據分散性較大。

由表4可知：3個合金板材縱橫向延伸率差較小。

TA5合金板縱向方差值較大，TC4合金板塑性較均勻，Ti75合金居中。

3.2.4部位(邊部和中心)性能差的比較

對Ti75、TA5、Ti6A14V(ELI)3種合金厚板表層和心部的抗拉強度進行了比較，見表5。

從表5可以看出：Ti75板T向的抗拉強度，邊部比心部高得較多，而縱向相差較小。TA5合金板的L向，邊部比T向高，且差值較大，表明板材不同部位有嚴重的強度不均。TC4(ELI)合金板材，抗拉強度邊部比心部高，但邊部與心部差值均為30MPa，比較均勻。

3.3 Ti75合金板材合格率

根據對抗拉強度和延伸率的統計分析，大規格板材的抗拉強度和延伸率余量不大。48 mm厚板材縱向強度合格率只有81.9％，縱向延伸率合格率為96.6％，總合格率為79.1％。70 mm厚板材縱向強度合格率只有70.5％，縱向延伸率合格率為97.7％，總合格率為68.9％。

4、結論

1)Ti75合金48mm、70mm厚板，不同部位力學性能存在不均勻性，邊部與中心部位性能差別較大，橫向強度高，塑韌性低，不同方向性能差比TA5和TC4更大。

2)Ti75與TA5、Ti6A14V厚板力學性能相比，數據分散性差別不大。

3)Ti75合金厚板性能指標中，R_p0.2、Z與指標要求相比余量大，但R_m、A較低，影響材料的合格率。

參考文獻

【1】Shu Delin(束德林)．MechanicalProperties of腦F億，(金屬力學性能)[M].Beijing：Mechanical Industry Press，1990：158