真空去應(yīng)力退火對TC21鈦合金殘余應(yīng)力的影響

TC21合金具有高強度、高斷裂韌性、高損傷容限性能和優(yōu)異的抗疲勞性能等，是我國目前綜合力學(xué)性能匹配最佳的高強韌鈦合金，適用于新一代戰(zhàn)機的中后機身、機翼和起落架等重要承力部件。國內(nèi)關(guān)于TC21鈦合金室溫、高溫組織-性能關(guān)系、超塑性和疲勞等相關(guān)方面已有不少研究報道，但對于其殘余應(yīng)力的研究則很少見諸資料。金屬中殘余應(yīng)力在降低材料強度的同時更嚴重影響其疲勞性能。殘余應(yīng)力的測量和消除，對于確保工件的安全性和可靠性有著非常重要的意義。殘余應(yīng)力的測定方法大致可分為物理測定法和機械測定法。物理方法主要有激光干涉、云紋分析、X射線衍射和中子散射等，機械法包括鉆孔法、圓環(huán)應(yīng)變釋放法等。目前，盲孔法因其理論成熟、實驗易操作、設(shè)備較簡單和對試件損壞小而被廣泛使用。真空退火在使金屬材料發(fā)生回復(fù)軟化消除內(nèi)應(yīng)力的同時，可改善晶體結(jié)構(gòu)、除氣、提高材料的性能，并使金屬材料獲得潔凈光亮的表面。因此，本文選取不同退火溫度和時間，通過盲孔法來研究真空退火對殘余應(yīng)力的影響，旨在找出TC21鈦合金合理的去應(yīng)力熱處理工藝。

　　TC21鈦合金棒材經(jīng)兩相區(qū)改鍛和準β鍛造制成方坯，準β鍛造工藝可獲得細小的低倍組織和高塑性的網(wǎng)籃組織。TC21鈦合金真空去應(yīng)力退火溫度為500、550、600和650℃；退火時間為2h和4h。熱處理實驗在VPS50/10真空爐中進行，真空度≤6.7×10-2Pa。

　　真空去應(yīng)力退火對TC21鈦合金殘余應(yīng)力消除效果明顯，隨退火溫度升高、時間延長，殘余應(yīng)力呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。且溫度達到一定值后再升高溫度或延長時間，殘余應(yīng)力下降非常緩慢。退火溫度過高或時間過長易導(dǎo)致晶界粗化及二次α相長大，降低殘余應(yīng)力的同時也影響材料的其他性能。因此，TC21合金的退火溫度不宜過高且時間不宜過長。本試驗確定的最佳真空去應(yīng)力退火制度為：600℃加熱后保溫2h空冷。在此熱處理制度下殘余應(yīng)力降幅達80%，約為34MPa，達到了消除殘余應(yīng)力的目的。