CN113533070A - 一种Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料高温静载拉伸试验领域，目的是提供一种Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法，所述拉伸试验的试验温度为640℃‑660℃，保温时间为20～30min；屈服前横梁位移速率0.15mm/min，屈服后横梁位移速率2.5mm/min；或，屈服前横梁位移速率0.48mm/min，屈服后横梁位移速率2.668mm/min。所述Ti2AlNb基合金的成分是：Ti22Al24Nb0.5Mo。本发明明确了Ti2AlNb基合金在640℃‑660℃高温拉伸时会出现温度‑时间效应，进一步明确在既定某一速率条件下，确定保温时间范围，保证高温拉伸强度的一致性，同时保证不同试验机构或部门获得的数据结果具有一致性和对比性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料高温静载拉伸试验领域，目的是提供一种Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法。
背景技术
Ti2AlNb基合金作为一种轻质、高温、高强结构材料，具有优异的综合性能。其密度显著低于镍基高温合金，是最具潜力的航空航天发动机材料之一。作为航空航天发动机关键结构部件，高温力学性能可靠性直接决定了发动机的安全性。
Ti2AlNb基合金，在进行高温拉伸时，会呈现温度-时间效应，材料组织不稳定，所以保温时间长短会影响到强度的测试结果。目前金属材料高温静载拉伸试验主要依据国标GB/T 228.2-2015，其对保温时间这样规定：在施加试验力前，将试样加热至规定温度，保温时间≥10min。对于Ti2AlNb基合金，当在某一温度高温拉伸呈现温度-时间效应时，保温时间仅规定≥10min，显然不合理。
本发明明确了Ti2AlNb基合金在640℃-660℃高温拉伸时会出现温度-时间效应，进一步明确在既定某一速率条件下，确定保温时间范围，保证高温拉伸强度的一致性，也为不同测试部门提供对比依据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在高温静载拉伸时呈现温度-时间效应的Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法，可以有效消除高温拉伸时温度-时间效应影响，数据结果一致性好。
本发明技术方案如下：
本发明提供了一种Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法，
所述拉伸试验的试验温度为640℃-660℃；
保温时间为20～30min。
进一步地，所述Ti2AlNb基合金的成分是：Ti22Al24Nb0.5Mo。
进一步地，屈服前横梁位移速率0.15mm/min，屈服后横梁位移速率2.5mm/min；
或，屈服前横梁位移速率0.48mm/min，屈服后横梁位移速率2.668mm/min。
具体地，高温静载拉伸试验速率选择：
拉伸试验速率控制方法有两种，一种是应变速率控制，另一种是应力速率控制。其中应变速率控制包含2种不同的方式，一是应变速率
以引伸计测定的试样变形为控制信号源，另一种是试样平行长度估算的应变速率
是通过试样平行长度及应变速率，按公式
估算横梁位移速率vc。高温拉伸试验标准GB/T 228.2建议采用横梁位移控制，所以本实验采用应变速率控制的第二种方式：估算横梁位移速率
国标GB/T 228.2中10.3规定高温拉伸屈服前应变速率有两个，范围1：
相对误差为±20％，范围2：
相对误差为±20％；屈服后应变速率选择范围3：
相对误差为±20％。按照横梁位移计算公式和试样平行段长度32mm，计算出横梁位移速率。本试验选择两组横梁位移速率，第一组：屈服前0.15mm/min，屈服后2.5mm/min；第二组：屈服前0.48mm/min，屈服后2.668mm/min。
进一步地，所述拉伸试验的试验温度为650℃。
具体地，高温静载拉伸试验保温时间选择：
Ti2AlNb基合金在650℃高温拉伸有温度-时间效应。当保温时间延长，有利于提高强度的相析出或相转变行为发生，此时测得性能数据一致性差。在一定保温时间范围内20～30min，其组织稳定，性能一致性好；保温时间继续延长，材料出现软化现象。所以此材料在650℃高温拉伸的保温时间应为20～30min。
与现行高温拉伸标准GB/T 228.2-2015相比，本发明明确了Ti2AlNb基合金在640℃-660℃高温拉伸时会出现温度-时间效应，进一步明确在既定某一速率条件下，保温时间的范围，保证高温拉伸强度的一致性，也为不同测试部门提供对比依据。
附图说明
图1为650℃保温10min时不同速率强度对比图。
图2为保温温度750℃时不同速率强度对比图。
图3为保温温度650℃时不同速率的屈服强度-保温时间和抗拉强度-保温时间曲线图。
图4为保温温度650℃时不同保温时间下的不同速率屈服强度对比图。
图5为保温温度650℃时不同保温时间下的不同速率抗拉强度对比图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法，其工艺参数为：
屈服前横梁位移速率0.15mm/min，屈服后横梁位移速率2.5mm/min；
或，屈服前横梁位移速率0.48mm/min，屈服后横梁位移速率2.668mm/min。
所述拉伸试验的试验温度为640℃-660℃，保温时间为20～30min。
本实施例提供对照温度为750℃。
在两个试验温度下650℃和750℃，同时采用两个大小不同试验速率，比较同一温度下两个不同速率的强度数值，如果不满足应变速率大，强度高的规律，这个试验温度高温拉伸过程会产生温度-时间效应。确认650℃为温度-时间效应的敏感温度，高温拉伸试验速率见表1，试验具体参数见表2。
表1高温拉伸试验速率
表2试验具体参数
力学拉伸试验应符合应变速率大，强度高的规律。但Ti2AlNb做650℃保温10min，参见图1，采用两种试验速率却出现反常现象：速率大(1号)的屈服强度和抗拉强度反而比速率小(7号)的低，不符合规律，试样11和12号同是750℃保温10分钟，参见图2，两种不同速率的试验结果却满足应变速率大，强度高的规律，见表3。
表3应变速率以及强度数据
650℃速率小的试样由于到达Rp0.2时经历时间延长，试样产生温度-时间效应，致使材料组织发生变化，可能在650℃发生有利于提高强度的相析出或相转变行为，所以在650℃即使都保温10min，屈服前速率小的试样强度反而比屈服前速率大强度高的反常现象。可以确定：Ti2AlNb基合金在650℃高温拉伸过程出现温度-时间效应，而750℃没有这种现象。
参见图3，图3为650℃不同速率的屈服强度-保温时间和抗拉强度-保温时间曲线图。其中红色系两条曲线是速率大(屈服前0.48mm/min，屈服后2.668mm/min)的强度-保温时间曲线，蓝色系两条曲线是速率小(屈服前0.15mm/min，屈服后2.5mm/min)的强度-保温时间曲线。
当保温时间到20～30min，不同速率的屈服和抗拉强度性能稳定，但保温时间延长到1h强度降低，材料出现软化现象。同样蓝色系两条曲线也呈现类似规律。这说明可以通过确定保温时间在20～30min，试样组织稳定，消除温度和时间效应影响，保证试验结果一致性和对比性。
参见图4和图5，图4为650℃不同速率屈服强度对比图，图5为650℃不同速率抗拉强度对比图。从图上可以看到：保温时间在10～20min，速率和强度关系仍呈反常现象；但当保温时间达到20～30min时，屈服强度和抗拉强度稳定性好，这时比较不同速率屈服强度和抗拉强度数值，发现速率和强度关系符合一般规律，即vc增大、强度增大。所以在650℃有温度-时间效应的Ti2AlNb基合金，保温时间应为20～30min，材料组织稳定，测试数据结果可靠性高。
实施例2
本实施例试验温度为650℃，保温时间20min。
屈服前的横梁位移速率是0.48mm/min，屈服后的横梁位移速率是2.668mm/min。
选择金属材料拉伸试验程序，试验前对测力***进行力值零点校正。
开启水冷却循环机。
到达650℃保温20min。
开始试验，试样屈服前横梁位移按0.48mm/min进行，试验材料屈服后横梁位移按2.668mm/min进行轴向静载拉伸至试样断裂。
650℃保温20min试验结果：Rp0.2是758Mpa，Rp0.2是872Mpa。
实施例3
本实施例试验温度为650℃，保温时间30分钟。
屈服前的横梁位移速率是0.48mm/min，屈服后的横梁位移速率是2.668mm/min。
选择金属材料拉伸试验程序，试验前对测力***进行力值零点校正。
开启水冷却循环机。
到达650℃保温30min。
开始试验，试样屈服前横梁位移按0.48mm/min进行，试验材料屈服后横梁位移按2.668mm/min进行轴向静载拉伸至试样断裂。
650℃保温30min试验结果：Rp0.2是759Mpa，Rp0.2是867Mpa。
本发明未尽事宜为公知技术。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法，其特征在于：
所述拉伸试验的试验温度为640℃-660℃，保温时间为20～30min。
2.按照权利要求1所述Ti2AlNb基合金的高温拉伸试验方法，其特征在于：所述Ti2AlNb基合金的成分是：Ti22Al24Nb0.5Mo。
3.按照权利要求1所述Ti2AlNb基合金高温拉伸试验方法，其特征在于：屈服前横梁位移速率0.15mm/min，屈服后横梁位移速率2.5mm/min。
4.按照权利要求1所述Ti2AlNb基合金高温拉伸试验方法，其特征在于：屈服前横梁位移速率0.48mm/min，屈服后横梁位移速率2.668mm/min。
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