關(guān)鍵詞:β熱處理;α相域;組織;性能

　　1 前言

　　TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)鈦合金其主要的強(qiáng)化機(jī)制是通過添加α穩(wěn)定元素Al固溶強(qiáng)化,加入中性元素Zr和β穩(wěn)定元素Mo、V進(jìn)行補(bǔ)充強(qiáng)化并改善工藝性能。該合金最初以薄板形式作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣而獲得應(yīng)用。由于使用條件要求,當(dāng)初在生產(chǎn)板材時(shí),β穩(wěn)定元素Mo、V的加入量較少,合金板材實(shí)際Mo當(dāng)量控制在較低的水平([Mo]≤2.46)。因此,該合金的主要熱處理形式為退火。隨著該合金使用范圍的擴(kuò)大,生產(chǎn)的品種也由薄板擴(kuò)展到厚板、鍛件、棒材和模鍛件,特別是該合金被采用制作飛機(jī)大截面構(gòu)件后,為了保證該合金具有足夠的強(qiáng)度,提高了合金的Al、Mo當(dāng)量,使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)上限的水平,這樣使得生產(chǎn)該合金大截面構(gòu)件的材料實(shí)際的Mo當(dāng)量大大超過2.46的水平,甚至達(dá)到了3以上,超過TC4(Ti-6AI-4V)鈦合金的Mo當(dāng)量水平,成為α+β型兩相鈦合金。在兩相鈦合金中,隨著β穩(wěn)定元素含量的增加,熱處理制度對(duì)合金的組織、性能的影響變得較大[1]。本文主要通過對(duì)兩種不同的組織經(jīng)相變點(diǎn)以上不同熱處理,分析對(duì)應(yīng)的組織及性能,其研究結(jié)果可為該合金的使用及進(jìn)一步進(jìn)行中強(qiáng)損傷研究提供參考。

　　2 試驗(yàn)用料及方案

　　試驗(yàn)用料采用真空自耗兩次熔煉,其主要化學(xué)成分為:Al 6.6%,Zr 2.2%,Mo 1.7%,V 2.2%,其余為Ti,對(duì)應(yīng)Mo當(dāng)量為:3.27,α+β/β轉(zhuǎn)變溫度為980~990℃,鑄錠在β區(qū)開坯,然后經(jīng)1200mm軋機(jī)由不同加工工藝軋制為等軸組織、網(wǎng)籃組織兩種不同組織的50mm厚的板材(其對(duì)應(yīng)800℃退火組織及性能如圖2.1和表2.1所示),切取試樣,分別于1000℃、1020℃、1050℃加熱保溫1小時(shí),按水冷、空冷、爐冷3種冷卻方式冷卻,最后測(cè)試組織、性能。

　　3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1 β熱處理對(duì)TA15鈦合金組織的影響

　　綜觀兩種不同組織形貌(見圖2.1)的板材,在所選取的9種熱處理制度下,其組織表現(xiàn)為大致相同的變化規(guī)律,并沒有因?yàn)閬砹辖M織的不同而表現(xiàn)出差異。其主要原因是:退火溫度升高到1000℃、1020℃、1050℃,處于β相區(qū),組織發(fā)生了相變,原始α相全部轉(zhuǎn)變?yōu)?beta;相,隨著溫度的下降,相同的冷卻方式,都經(jīng)歷相同的組織變化過程,即單一的β相組織析出集束狀次生α相→次生α相長(zhǎng)大過程。次生α相以集束狀析出,并進(jìn)一步形成相鄰近區(qū)域以相同的方向析出的次生α相域,α相域中的α集束粗細(xì)與集束的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān),溫度較高,冷卻速度較慢,對(duì)應(yīng)集束時(shí)間較長(zhǎng),α集束就較粗大,α相域邊界也變厚。水冷時(shí),由于β相在快冷時(shí)來不及通過擴(kuò)散轉(zhuǎn)變成平衡的α相,只有通過β相中原子作集體有規(guī)律的近程遷移,發(fā)生切變相變形成α穩(wěn)定元素過飽和固溶體,即α'相,所以其顯微組織為α'+β細(xì)晶組織[2];空冷時(shí)所得顯微組織是魏氏組織,冷卻速度較慢,α'相轉(zhuǎn)變?yōu)檩^粗的集束狀,相鄰區(qū)域α集束析出方向相同,形成α相域;爐冷時(shí),試樣冷卻速度更慢,在高溫停留時(shí)間長(zhǎng),多型轉(zhuǎn)變進(jìn)行的很充分,所有的α相均變得粗大,α相域間形成較明顯的晶界,屬于典型的粗晶狀魏氏組織。

　　3.2 β熱處理對(duì)TA15鈦合金性能的影響

　　不同的原始組織,經(jīng)過相變點(diǎn)以上β熱處理,其變化規(guī)律大致相同,即:對(duì)應(yīng)不同的溫度,隨冷卻速度的減慢(WQ　　用料在1000℃、1020℃對(duì)應(yīng)的斷裂韌性指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。

　　在相變點(diǎn)以上溫度熱處理,溫度的影響變得次要。較慢的冷卻速度,對(duì)應(yīng)斷裂韌性較高,同表2.1中對(duì)應(yīng)斷裂韌性數(shù)值相比升高40~67%,而且在進(jìn)行斷裂韌性的測(cè)試過程中,對(duì)應(yīng)水冷,難以獲得測(cè)試需要的初始裂紋(圖中對(duì)應(yīng)水冷組織斷裂韌性指標(biāo),僅供參考,并不能反應(yīng)材料的實(shí)際斷裂韌性),對(duì)照其組織形貌,從而反映出水冷組織抗裂紋生成和開始斷裂的強(qiáng)度較高,爐冷組織抗裂紋擴(kuò)展和斷裂發(fā)展的強(qiáng)度較高[3]。

　　4 結(jié)論

　　4.1 在相變點(diǎn)以上熱處理,組織發(fā)生相變,冷卻后均為"β轉(zhuǎn)組織";不同的冷卻速度對(duì)應(yīng)集束粗細(xì)不同水冷時(shí)組織表現(xiàn)為(針狀α'+β)組織,空冷組織為(α相域+β)組織,爐冷組織為典型的α+β魏氏組織,α相域有較厚的α晶界包圍;

　　4.2 在相變點(diǎn)以上熱處理,對(duì)應(yīng)性能,較快的冷卻速度對(duì)應(yīng)強(qiáng)度較高,沖擊、斷裂韌性較低,塑性較差,隨著冷卻速度的減慢,強(qiáng)度相對(duì)降低,塑性、沖擊及斷裂韌性明顯增加。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 李青云等.稀有金屬加工手冊(cè),北京,冶金工業(yè)出版社,1985:74

　　[2] 《加熱溫度及冷卻速度對(duì)TA15鈦合金組織性能的影響》,王永強(qiáng)等,金屬學(xué)報(bào),2002:87~88

　　[3] Ning X L, Wang G H. Translated from "Semi-finished product of titanium alloy", Rare metal Materials and Engineering prall,1996:23~47(寧興龍,王國(guó)宏譯文.鈦合金半成品加工.   稀有金屬材料與工程出版社.1996:23~47)