Influence of multi-stage heat treatment on the microstructure and mechanical properties of TC21 titanium alloy

  • PDF / 4,687,130 Bytes
  • 9 Pages / 592.8 x 841.98 pts Page_size
  • 17 Downloads / 276 Views

DOWNLOAD

REPORT


Influence of multi-stage heat treatment on the microstructure and mechanical properties of TC21 titanium alloy Wei Long 1,2,3), Song Zhang 1,2,3), Yi-long Liang 1,2,3), and Mei-gui Ou 1,2,3) 1) College of Materials and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang 550025, China 2) Key Laboratory for Materials Structure and Strength of Guizhou province, Guizhou University, Guiyang 550025, China 3) National Local Joint Engineering Laboratory for High Performance Metal Structure Materials and Manufacturing Technology, Guizhou University, Guiyang 550025, China (Received: 5 November 2019; revised: 19 January 2020; accepted: 1 February 2020)

Abstract: Duplex-structured TC21 alloy samples were first solution-treated at a higher temperature in the α + β region (940°C) with furnace cooling (FC), air cooling (AC), and water cooling (WC), followed by a second-stage solution treatment at a lower temperature in the α + β region (900°C), and then finally aged at 590°C. The effects of the morphology and quantity of α phases on the structure and properties of the TC21 alloy after the different heat treatments were analyzed. The in-situ tensile deformation process and crack propagation behavior were observed using scanning electron microscopy (SEM). The quantity of equiaxed α phases as well as the thickness of lamellar α phases reduced, the tensile strength increased firstly and then decreased, the elongation decreased with the increasing cooling rate after the first-stage solution treatment. The amount and size of lamellar α phases increased after the second-stage solution treatment because of sufficient diffusion of the alloying elements, thereby leading to increased tensile strength. The amount of dispersed α phases increased after the third-stage aging treatment owing to the increase in the nucleation rate, resulting in a noteworthy strengthening effect. After the third-stage aging treatment, the first-stage FC  sample  exhibited  better  mechanical  properties  because  it  contained  more  equiaxed  α  and  βtrans  phases  than  the  first-stage  AC  and  WC samples. Keywords: multi-stage heat treatment; titanium alloy; in-situ tension; microstructure; mechanical properties

 

1. Introduction Titanium alloys are widely used in the aviation, aerospace, and petrochemical industries owing to their low density, high specific strength, heat resistance, and superior corrosion resistance  [1−3].  With  developments  in  the  damage-tolerance design  of  titanium  alloys  intended  for  long-life  structural parts,  the  demand  for  a  good  matching  of  the  strength  and toughness  is  increasing  urgent  for  the  applications  such  as key structural materials of modern aircrafts. The TC21 alloy based  on  the  Ti-62222S  alloy  (Ti–Al–Sn–Zr–Mo–Cr– Nb−Si)  is  a  new  type  of  α  +  β  titanium  alloy  with  high strength, modulus, and damage tolerance [4−5]. Heat treatment plays an important role in the production of titanium alloys. The microstructure of titanium alloys is crucial to their mechanical properties and can be contro