熱處理對β相區形變熱處理TC21鈦合金鍛件組織性能的影響

王曉晨， 郭鴻鎮， 王 濤， 王彥偉， 高艷華， 姚澤坤， 趙張龍

(1.西北工業大學材料學院，西安 710072;2.河南電力試驗研究院能源研究三所，鄭州 450052)

兩相鈦合金的機械性能與它的顯微組織有關聯，而顯微組織的形貌與熱處理制度有密切關系，適當的熱處理工藝可調節固態相變過程并獲得所希望的顯微組織，從而改善合金的力學和工藝性能。TC21鈦合金是我國具有自主知識產權的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Si系兩相鈦合金，該合金在強度、斷裂韌性、裂紋擴展抗力、熱穩定性的綜合匹配方面與美國的Ti-62222S合金相當甚至更好，適于制造大型框、梁等主承力結構件［1～3］。

本工作通過對在單相區內等溫變形的TC21鈦合金鍛件進行不同的熱處理，研究TC21鈦合金等溫鍛件組織及性能的變化規律，得到較佳的熱處理工藝參數，為該合金等溫鍛件熱處理工藝的確定提供理論和試驗依據。

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

試驗材料為φ300mm規格的TC21熱軋棒材，化學成分為:Ti-6Al-2Sn-2Zr-3Mo-1Cr-2Nb-0.1Si，采用淬火金相法測得的β轉變溫度為955℃。原材料顯微組織如圖1所示，為典型的兩相組織，由初生α相和β轉變組織構成，初生α相分布均勻，β轉變組織中交織分布著次生α相。

1.2 試驗方法

本次試驗所用的試樣采用鉬絲線切割棒材獲得，尺寸:60mm×24mm×20mm，加熱制度均為:965℃ ×16min。

等溫變形溫度:965℃，試樣在高度(20mm)方向上進行40%等溫壓縮變形并按表1所示熱處理制度進行熱處理試驗。

圖1 TC21鈦合金棒材顯微組織Fig.1 Microstructure of TC21 Ti-alloy bar

等溫鍛造試驗在6300kN四柱液壓機上以5.5×10－4s－1的應變速率完成，該設備配備自制電阻加熱裝置，試件加熱和熱處理用SX2-4-13型箱式電阻爐。……