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材料研究学报  2025, Vol. 39 Issue (3): 217-224    DOI: 10.11901/1005.3093.2024.204
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FeCu的含量对TC10钛合金棒材力学性能的影响
胡明1, 张新全2, 李伟强3, 杨晓康4, 黄金湖5, 雷晓飞1, 邱建科1, 董利民1()
1.中国科学院金属研究所 师昌绪先进材料创新中心 沈阳 110016
2.中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 西安 710089
3.北京航为高科连接技术有限公司 北京 102600
4.西安赛特思迈钛业有限公司 西安 710016
5.航天精工股份有限公司 天津 300300
Effect of Fe- and Cu-content on Microstructure and Mechanical Properties of TC10 Ti-alloy Bars
HU Ming1, ZHANG Xinquan2, LI Weiqiang3, YANG Xiaokang4, HUANG Jinhu5, LEI Xiaofei1, QIU Jianke1, DONG Limin1()
1.Shi -Changxu Innovation Center for Advanced Materials, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2.China Aviation Industry Corporation Xi'an Aircraft Design and Research Institute, Xi'an 710089, China
3.Beijing Hangwei High Tech Connection Technology Co. Ltd., Beijing 102600, China
4.Xi'an Saitesimai Titanium Industry Co. Ltd., Xi'an 710016, China
5.Aerospace Precision Industry Co. Ltd., Tianjin 300300, China
引用本文:

胡明, 张新全, 李伟强, 杨晓康, 黄金湖, 雷晓飞, 邱建科, 董利民. FeCu的含量对TC10钛合金棒材力学性能的影响[J]. 材料研究学报, 2025, 39(3): 217-224.
Ming HU, Xinquan ZHANG, Weiqiang LI, Xiaokang YANG, Jinhu HUANG, Xiaofei LEI, Jianke QIU, Limin DONG. Effect of Fe- and Cu-content on Microstructure and Mechanical Properties of TC10 Ti-alloy Bars[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2025, 39(3): 217-224.

全文: PDF(3832 KB)   HTML
摘要: 

测试TC10钛合金棒材轧态和退火态的室温拉伸性能,使用透射电子显微镜和扫描电子显微镜等手段分析合金元素的分布和显微组织,研究了Fe和Cu的含量对其力学性能的影响。结果表明:随着Fe和Cu含量的提高,TC10合金轧态和退火态的屈服强度和抗拉强度随之提高,但是延伸率和断面收缩率变化不明显。在固溶时效态TC10合金中Ti元素在βtαp均匀分布,Al元素在晶界较少,V、Fe和Cu元素在βt中的晶界较多。随着固溶温度的提高Fe、Cu含量相同的合金其屈服强度和抗拉强度提高,而延伸率和断面收缩率降低。固溶温度相同的合金,其屈服强度和抗拉强度随着Fe、Cu含量的提高而提高,延伸率和断面收缩率降低。合金的固溶温度越高,Fe、Cu元素含量对其对强度和塑性的影响越显著。Fe和Cu含量(质量分数)均为0.65%的合金在900 ℃固溶后其综合力学性能较优,屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率分别为1392 ± 3 MPa、1435.5 ± 0.5 MPa、(8 ± 1)%和(21.5 ± 1.5)%。

关键词 金属材料钛合金热处理力学性能显微组织    
Abstract

The influence of Fe- and Cu-content on the microstructure and mechanical properties of TC10 alloy bars was investigated by means of scanning electron microscopy, EDS analysis of transmission electron microscopy, and mechanical testing machine. The results indicate that for the as rolled and annealed TC10 Ti-alloys, with the increasing Fe- and Cu-content, their yield strength and tensile strength increase, while the changes in elongation and cross-sectional shrinkage at break are not significant. For the solid solution aged TC10 alloy, Ti is evenly distributed in both βt and αp phases, Al is less distributed at grain boundaries, while V, Fe, and Cu elements are more abundant at the grain boundaries in βt phase. For TC10 alloys with the same Fe- and Cu-content, with the increasing solid solution temperature, their yield strength and tensile strength increase, while the elongation and cross-sectional shrinkage decrease. For TC10 alloys subjected to solid solution treatment at the same temperature, with the increase of Fe and Cu content, their yield strength and tensile strength increase, while the elongation and cross-sectional shrinkage at break decrease. The higher the solid solution temperature, the more significant the influence of alloying elements Fe and Cu on the strength and plasticity of the alloy. Being subjected to solid solution treatment at 900 oC, the alloy with 0.65% Fe and 0.65% Cu can achieve superior comprehensive mechanical properties, with yield strength, tensile strength, elongation, and cross-sectional shrinkage at break of 1392 ± 3 MPa, 1435.5 ± 0.5 MPa, (8 ± 1)% and (21.5 ± 1.5)%, respectively.

Key wordsmetal materials    titanium alloys    heat treatment    mechanical properties    microstructure
收稿日期: 2024-05-13     
ZTFLH:  TG146.2  
基金资助:国家重点研发计划青年科学家项目(2022YFB3708300);中国科学院青年创新促进会项目(2022188)
通讯作者: 董利民,研究员,lmdong@imr.ac.cn,研究方向为钛合金棒丝材
Corresponding author: DONG Limin, Tel: (024)23971962, E-mail: lmdong@imr.ac.cn
作者简介: 胡 明,男,1991年生,博士
ElementsAlVSnFeCuTi
1#5.95.82.20.40.4Bal.
2#5.95.82.20.650.65Bal.
3#5.95.82.20.90.9Bal.
表1  TC10合金主要元素成分
图1  不同Fe、Cu含量TC10合金轧态的SEM形貌
图2  不同Fe、Cu含量TC10合金轧态的室温拉伸性能
图3  2# TC10合金退火态的组织和元素面分布
图4  不同Fe、Cu含量TC10合金退火态的SEM形貌
图5  不同Fe、Cu含量TC10合金退火态的室温拉伸性能
图6  2# TC10合金固溶时效态(900 ℃/1 h/WQ + 540 ℃/4 h/AC)的组织和元素面分布
图7  不同Fe、Cu含量TC10合金固溶时效态(900 ℃/1 h/WQ + 540 ℃/4 h/AC)的SEM形貌
图8  不同Fe、Cu含量TC10合金固溶时效态的室温拉伸性能
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