Ti-Al-V-Zr合金的团簇式设计及铸态组织和力学性能

Ti-6Al-4V是目前应用最广泛的钛合金,但其铸态强塑性不足.本研究设计思想基于Ti-6Al-4V合金双团簇成分式α-{[Al-Ti12](AlTi2)}12+β-{[Al-Ti14](V2Ti)}5:首先通过改变β相团簇式个数为 2,使合金成分偏向α-Ti,其次增加β相团簇式中V原子个数至 3,提高了β-Ti结构单元稳定性,然后用不同个数Zr(x= 1、2、3、5)替代β相团簇式中Ti,最后得到了团簇式α-{[Al-Ti12](AlTi2)}15-β-{[AlTi14-xZrx]V3)}2,设计了Ti-(6.64～6.82)Al-(2.42～2.35)V-(1.44～7.02)Zr(质量分数/％)合金,采用非自耗真空电弧炉熔炼制备合金铸锭,并用真空铜模吸铸成合金棒材,进而对不同合金样品进行显微组织表征和拉伸测试.结果表明:合金均由α'相马氏体组成,其形貌由针状魏氏逐渐转为网篮组织,其中Ti-6.64Al-2.35V-7.02Zr(Zr含量最高)合金为网篮组织,具有最佳的力学性能,屈服强度σYS为 806 MPa,抗拉强度σUTS为 963 MPa,伸长率δ为 5.9％,相比于相同状态下Ti-6Al-4V合金,分别提高了23％、19％、51％;比强度和比硬度分别为 217 kN?m/kg和 0.71 GPa?cm3/g,相比于 Ti-6Al-4V合金分别提高了18％和10％.