真空去应力退火对TC21钛合金残余应力的影响

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TC21合金具有高强度、高断裂韧性、高损伤容限性能和优异的抗疲劳性能等，是我国目前综合力学性能匹配最佳的高强韧钛合金，适用于新一代战机的中后机身、机翼和起落架等重要承力部件。国内关于TC21钛合金室温、高温组织-性能关系、超塑性和疲劳等相关方面已有不少研究报道，但对于其残余应力的研究则很少见诸资料。金属中残余应力在降低材料强度的同时更严重影响其疲劳性能。残余应力的测量和消除，对于确保工件的安全性和可靠性有着非常重要的意义。残余应力的测定方法大致可分为物理测定法和机械测定法。物理方法主要有激光干涉、云纹分析、X射线衍射和中子散射等，机械法包括钻孔法、圆环应变释放法等。目前，盲孔法因其理论成熟、实验易操作、设备较简单和对试件损坏小而被广泛使用。真空退火在使金属材料发生回复软化消除内应力的同时，可改善晶体结构、除气、提高材料的性能，并使金属材料获得洁净光亮的表面。因此，本文选取不同退火温度和时间，通过盲孔法来研究真空退火对残余应力的影响，旨在找出TC21钛合金合理的去应力热处理工艺。
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TC21钛合金棒材经两相区改锻和准β锻造制成方坯，准β锻造工艺可获得细小的低倍组织和高塑性的网篮组织。TC21钛合金真空去应力退火温度为500、550、600和650℃；退火时间为2h和4h。热处理实验在VPS50/10真空炉中进行，真空度≤6.7×10-2Pa。
6 \. N0 u( m* ~真空去应力退火对TC21钛合金残余应力消除效果明显，随退火温度升高、时间延长，残余应力呈现明显的下降趋势。且温度达到一定值后再升高温度或延长时间，残余应力下降非常缓慢。退火温度过高或时间过长易导致晶界粗化及二次α相长大，降低残余应力的同时也影响材料的其他性能。因此，TC21合金的退火温度不宜过高且时间不宜过长。本试验确定的最佳真空去应力退火制度为：600℃加热后保温2h空冷。在此热处理制度下残余应力降幅达80%，约为34MPa，达到了消除残余应力的目的。