Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe(BT22)是前苏联1974年研制成功的近β型钛合金。该合金具有深度淬透性和明显的时效强化效应,因此可制成大型锻件、模锻件和高强承力件。在进行新的工艺探索时,大锻件由于尺寸大,对不同尺寸的大规格锻件进行等尺寸实物试验是不经济的,而实验常规试样试验结果会与实际生产过程相差很大,并且具有一定的局限性。 基于上述考虑,本文通过实测和ANSYS有限元模拟两种手段研究了Φ170mm×250mm大尺寸锻棒固溶后降温和时效升温过程中内部温度场的变化情况,OM、SEM、TEM及X射线衍射用于对固溶后降温和时效升温过程合金显微组织、断口表面及相进行分析。维氏硬度和室温拉伸用于机械性能的分析。 研究结果表明,Φ170mm×250mm锻棒热处理降温过程中其内外温差可达50℃左右,采用ANSYS有限元分析软件能准确的反映工件热处理中的热过程。通过模拟得到降温过程的温度值与实测值相对误差在2%~5%左右。由于相变的原因875℃固溶空冷曲线有一段近似平台,这一平台把875℃固溶后空冷降温过程分三阶段。 Φ170mm×50mm锻棒875℃固溶降温过程中发现从心部到边部析出α相逐渐增多,并且随着温度的降低析出的α相越细密。合金在810℃固溶后空冷降温过程中α相的增多不明显但是尺寸宽化明显。875℃和810℃降温硬度曲线表现出硬度先升高再趋于平缓的特点。 实验用小尺寸(Φ12mm×70mm)试样经875℃固溶30分钟后为全β组织,550℃时效过程中α相析出并长大,试样硬度逐渐升高,室温拉伸显示断裂为脆性沿晶断裂。Φ170mm×250mm锻棒经875℃固溶2小时后空冷,发现其组织中已经有α相析出,时效过程中初生α相变化不大,主要是次生α相的生成和长大,时效过程中硬度变化曲线平缓在360~400范围内波动。经550℃时效6小时后锻棒三个部位强度基本一致,但是塑性边部明显不如心部和1/2R。 Φ12mm×70mm试样经810℃固溶30分钟后为针状初生α相和β相的两相组织,550℃时效24分钟,析出次生α相,硬度也迅速提高,时效65分钟硬度达到峰值,550℃时效6小时硬度无明显升高,拉伸数据显示断裂为韧性断裂。 Φ170mm×250mm锻棒经810℃固溶90分钟后空冷,组织为“叉形”结构的α相和β相组成的两相组织。550℃时效24分钟,晶界处先析出了次生α相,550℃时效2小时后硬度达到峰值,随后时效硬度无明显升高趋势。拉伸数据显示边部的强度高于心部,但塑性又不如心部。