Ti5553合金是一種新型高強高韌鈦合金，其名義成分為Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr。該合金屬于β型鈦合金，擁有良好的淬透性和較寬的加工工藝范圍，目前主要用于波音787飛機和空客A350飛機的起落架、機翼結(jié)構(gòu)等20多種承力部件，代替了原來所使用的Ti-6Al-4V合金和Ti-1023合金。據(jù)統(tǒng)計，采用Ti5553合金可以使飛機的總質(zhì)量減輕8%，在我國C919等大型民用飛機上也得到了推廣應(yīng)用，也可進一步推廣應(yīng)用于其它軍用飛機上。
實際使用中的Ti5553合金多是網(wǎng)籃組織，即α轉(zhuǎn)＋β轉(zhuǎn)組織，也就是在β轉(zhuǎn)基體上存在片狀α轉(zhuǎn)組織。理想的Ti5553合金組織應(yīng)該是β晶粒細小、晶粒內(nèi)部α轉(zhuǎn)相細密、β晶界處存在細小斷續(xù)的片狀α轉(zhuǎn)相的網(wǎng)籃組織。這種網(wǎng)籃組織可以使Ti5553合金的強度、塑性和斷裂韌性得到較好的匹配，綜合性能優(yōu)良。
由于生產(chǎn)中有一批作為模鍛原料的Ti5553合金軋制棒材，按照MTL-3103及BMS7-360G標準的要求進行（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC熱處理后，取樣觀察金相組織發(fā)現(xiàn)：組織粗大且不均勻，β晶界處存在連續(xù)平直厚大的片狀α轉(zhuǎn)相，且還有β斑存在。通常這種組織的鈦合金強度偏低，達不到標準要求值，影響構(gòu)件使用的可靠性。為此，科研人員探索用特殊的熱加工方法來改善Ti5553合金軋制棒材的組織和性能，以獲得組織致密，強度達到標準要求，而塑性和斷裂韌性匹配良好的鍛件。
實驗材料為Φ250mm×200mm的Ti5553合金軋制棒材，其β相變點為840℃。分別按照表1給出的兩種熱加工工藝對其進行加工。
表1 熱加工工藝方案
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熱加工工藝1 |
熱加工工藝2 |
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自由鍛：（Tβ-30）℃×160min，多向鐓拔， 變形量46%～63% |
自由鍛：（Tβ-30）℃×160min，多向鐓拔， 變形量46%～63% |
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自由鍛制坯：（Tβ-30）℃×70min，變形量10.6% |
自由鍛制坯：（Tβ-30）℃×70min，變形量10.6% |
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一火模鍛：（Tβ-30）℃×60 min，變形量13% |
一火模鍛：（Tβ-30）℃×60 min，變形量15% |
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二火模鍛：（Tβ-30）℃×60 min，變形量18.6% |
二火模鍛：（Tβ＋20）℃×60 min，變形量23.5% |
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熱處理：（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC |
熱處理：（Tβ＋35）℃×90min/FC＋600℃×9h/AC |
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