除氫工藝流程對TB2薄板固溶時效態組織及性能的影響

陳永輝+黃杰+高飛+王娟華+雷挺+王勤波

摘 要：研究了不同除氫工藝流程對TB2薄板時效態組織及性能的影響。結果表明，薄板經760℃/12′AC固溶、680℃/4hFC除氫處理，760℃/12′AC固溶，再經在500℃AC不同時間的時效，此過程中次生α相析出速率較快，且次生α相析出總量較多，時效8h后強度基本不再發生變化，時效后的抗拉強度可達到1375Ma；薄板經680℃/4hFC除氫處理，760℃/12′AC固溶后，再經在500℃AC不同時間的時效，此過程中次生α相析出速率較慢，且次生α相析出總量較少，時效24h后強度基本不再發生變化，時效后的抗拉強度可達到1200Ma。

關鍵詞：TB2薄板；除氫工藝；顯微組織；力學性能

中圖分類號：TG292 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0056-03

前言

TB2鈦合金（Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al）是一種亞穩定β型鈦合金，具有良好的冷成型性能和焊接性能，在固溶及時效狀態下具有較高的強度和一定的塑性，因此在航空、航天及國防工業中得到廣泛應用[1][2]。該鈦合金工作溫度在350℃以下，主要用于制造各種薄板沖壓件和焊接件，如壓氣機葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉件，以及飛機的構件等[3][4]。

由于TB2鈦合金屬于β型鈦合金，該類鈦合金在生產過程中增氫現象較為突出，后期需除氫處理，本實驗對0.6mmTB2薄板不同除氫工藝流程后的固溶時效態顯微組織及力學性能進行研究，以期得到最佳工藝匹配值，為拓寬市場領域及批量生產提供一定的技術支持。

1 實驗方法

1.1 實驗材料

實驗所用TB2鈦合金薄板經兩次真空自耗電弧爐熔煉獲得，再經過鍛造、熱軋、冷軋至0.6mm成品薄板，其化學成分見表1。

1.2 試樣制備

在厚度為0.6mm的薄板上切取拉伸和金相試樣，該實驗固溶制度為760℃/12′，除氫制度680℃/4hFC，時效溫度為500℃。實驗除氫工藝流程為兩種：一種是固溶+除氫+固溶+時效熱處理工藝，見表2（A～E）所示，另一種是除氫+固溶+時效熱處理工藝，見表3（F～J）所示，試熱處理后的試樣用同樣方法進行表面處理后，將試樣送至性能檢測中心進行室溫力學性能及顯微組織的檢測。

2 結果與分析

2.1 固溶+除氫+固溶+時效熱處理工藝對TB2薄板室溫力學性能及顯微組織的影響

采用固溶+除氫+固溶+時效熱處理工藝，按照熱處理制度A～E進行熱處理，薄板的室溫力學性能見圖1，顯微組織見圖2。

鈦合金薄板室溫力學性能的影響

由圖1及圖2可以看出，薄板經固溶+除氫+固溶熱處理后，在500℃/4h時效時，材料的Rm，RP0.2較低，β相中已析出次生α相。500℃/8h時效時Rm，RP0.2值急劇提高，顯微組織顯示此時材料已析出大量次生α相，未析出次生α相的β晶粒呈顆粒狀分布，且β晶界比較模糊。500℃/10h時效時薄板強度變化不大，次生α相更加大量析出。500℃/12h時效時，材料力學性能和顯微組織與500℃/10h時效類似，無明顯變化。再延長時效時間到24h，此時材料已析出大量次生α相，所有β晶粒完全析出次生α相，β晶界更為模糊，且強度變化不明顯。

薄板經固溶、除氫、固溶及在500℃溫度下不同時間的時效，其實是β相再結晶、次生α相析出、次生α相溶解及次生α相再次析出的過程，在薄板進行最終時效前，β相已完全再結晶，為次生α的析出做好充足的組織準備。因此，隨著時效時間的延長，次生α相析出速率較快，且次生α相析出總量較大，這種時效后的次生α相起到彌散強化的作用，由于材料強化的有限性，因此，TB2薄板經這種除氫工藝流程后，薄板固溶時效態的抗拉強度較高，最高可達到1375Mpa。

2.2 除氫+固溶+時效熱處理工藝對TB2薄板室溫力學性能及顯微組織的影響

采用除氫+固溶+時效熱處理工藝，按照熱處理制度F～J進行熱處理，薄板的室溫力學性能見圖3，顯微組織見圖4。

由圖3及圖4可以看出，薄板經除氫+固溶后，在500℃/8h時效時，顯微組織中已有少量的次生α相，材料強度較低。500℃/12h時效時Rm，RP0.2值有一定的增加，顯微組織顯示此時材料已析出較多次生α相。500℃/24h時效時薄板Rm，RP0.2繼續增加，次生α相更加大量析出。500℃/36h時效時，材料Rm，RP0.2值基本無變化，次生α相量無大的變化。500℃/48h時，此時材料已析出較多次生α相，β晶界模糊不清，但強度不再變化。

薄板經除氫、固溶及在500℃溫度下不同時間的時效，其實是次生α相析出、次生α相溶解并且β相再結晶、次生α相再次析出的過程，在薄板進行最終時效前，雖然β相已再結晶，可能由于此時的β相內存在另一種相，這種新相阻止了次生α相的析出速率及析出總量。因此，TB2薄板經這種除氫工藝流程后，時效過程中次生α相析出速率較慢，隨著時效時間的延長，次生α相析出總量較少，時效后材料強度較低，薄板時效后的抗拉強度最高可達到1200Mpa。

3 結論

（1）薄板經760℃/12'AC固溶、680℃/4hFC除氫處理、

760℃/12'AC固溶處理后，500℃時效時，次生α相的析出速率較快，次生α相的析出總量較多，時效8h后材料強度基本不再發生變化，抗拉強度最高可達1375Mpa。

（2）薄板經680℃/4hFC除氫處理、760℃/12'AC固溶處理

后，500℃時效時，次生α相的析出速率較慢，次生α相的析出總量較少，時效24h后材料強度基本不再發生變化，抗拉強度最高可達1200Mpa。

參考文獻：

[1]稀有金屬材料加工手冊書編寫組.稀有金屬材料加工手[M].北京：冶金工業出版社，1985：791.

[2]盧軼，王儉，王紅武.熱處理對TB2鈦合金組織和性能的影響[J].稀有金屬快報，2008，27（8）：29-33.

[3]馬鴻海，馮軍寧.熱處理工藝對Ti-230合金薄板組織和性能的影響[J].稀有金屬快報，2007，26（11）：27-30.

[4]吳全興.復合材料在航空部件上的應用[J].稀有金屬快報，2002，21（4）：14-15.endprint