熱擠壓工藝對TA15合金管組織結構和力學性能的影響

張平平++王俊琪++張耀斌++李寶霞++景星星

摘 要：研究了Φ170mm×30mm×LTA15鈦合金擠壓管坯在950℃和1050℃兩種不同加熱區熱擠壓成形的顯微組織，分析了兩種不同形貌的組織形態對其高溫力學性能的影響。結果表明：β相區1050℃加熱擠壓獲得的片層狀組織的高溫力學性能較兩相區950℃加熱擠壓的等軸雙態組織的高。

關鍵詞：TA15合金；顯微組織；熱擠壓

中圖分類號：TG376.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0066-02

TA15鈦合金的名義化學成分為Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V（？棕t%），是20世紀60年代中期前蘇聯研制成功了一種近α鈦合金，牌號為BT20。該合金目前作為一種典型近α鈦合金，具有兩相鈦合金的中等室溫強度和高溫強度，比Ti-6Al-4V合金的性能更高，熱穩定性和焊接性能良好，較高的比強度、抗蠕變性以及耐腐蝕性等優點[1][2]。在500℃以下工作環境中，可使用長達3000h。因具有較好加工性，被大量制成板材、棒材、鍛件、模鍛件、管材以及型材等產品。在航空航天領域被廣泛應用于高性能的結構件[3][4]。所以TA15合金具備良好的室溫性能，也必須具備良好的高溫性能。

本文通過不同的熱擠壓加工工藝成形的Φ170mm×30mm×LTA15鈦合金擠壓管坯，進行了不同溫度下的力學性能分析以及微觀組織研究，以分析不同熱擠壓工藝成形的管坯組織對其力學性能的影響，為TA15合金擠壓管坯的生產工藝提供理論依據。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

實驗中所采用TA15合金是一級海綿Ti、工業純Al絲和鋯屑以及鋁鉬和鋁釩中間合金為原料等，采用三次真空自耗電弧爐進行熔煉，鑄錠規格為Φ700mm×L，表1為該合金的化學成分。合金的β相變點通過金相法測得為±985℃。

1.2 實驗方法

鑄坯在3150t油壓機上，經過6火次鍛造，成品規格為Φ220×650mm。在3150t水壓機上擠壓，分別采用擠壓溫度為950℃和1050℃，保溫時間為60min，進行擠壓。擠壓成品管坯規格為Φ170mm×30mm×L，用電阻爐進行750℃/2h ，AC退火處理，利用電火花線切割機從合金管坯上切取金相及拉伸試樣。顯微組織分析采用HF：HNO3：H2O為1：3：10（體積比）腐蝕，在OLYM PU SPM G3金相顯微鏡進行觀察。室溫拉伸試樣按GB/T 228.1-2010進行，高溫拉伸試樣按GB/T 4338-2006進行。拉伸實驗溫度分別采用25℃、100℃、200℃、300℃、400℃和500℃，拉伸試驗在TC-12-031拉伸機上進行。

2 結果與分析

2.1 不同熱擠壓溫度的顯微組織分析

圖1所示為不同熱擠壓溫度條件下TA15合金Φ170mm×30mm×L管材的顯微組織。加熱溫度950℃處于（α+β）兩相區上部，保溫時間為60min，擠壓后獲得的組織為等軸的α+β兩相組織，可以認為是雙態組織（圖1（a）），平均直徑為14.5μm，β轉變組織中α板條呈交織或集束狀分布，板條厚度約為3～5μm。加熱溫度為1050℃，屬于β相加工區，保溫時間為60min，擠壓后獲得的組織為β加工組織，為片層組織形貌（圖1（b）），初始β晶粒的大小約為445μm，晶界α相寬約為1.5μm，分布在β晶粒上的α片層厚度為2.5μm，局部α相呈現寬約為60μm集束形貌，且在同一位向并列排列。

2.2 不同熱擠壓溫度的高溫性能分析

圖1所示為不同熱擠壓溫度條件下TA15合金Φ170mm×30mm×L管材的高溫力學性能。從圖2（a）中可以看出950℃溫度擠壓獲得TA15合金管材的室溫力學性能抗拉強度為980MPa，屈服強度為873MPa，延伸率為12.5%。對比圖2（a）和圖2（b），采用950℃溫度擠壓得到雙態組織，其室溫和高溫力學性能較1050℃溫度擠壓獲得片層狀組織的力學低。從圖2中可以看出，隨著實驗溫度的升高，兩種組織狀態的抗拉強度和屈服強度都呈明顯的下降趨勢。對比發現，雙態組織的TA15合金擠壓管材高溫拉伸曲線較陡，而片層狀組織較平緩，表明在β相區擠壓，其高溫力學性能較高。

3 結論

（1）不同擠壓溫度獲得TA15合金管材組織，對其高溫力學性能影響明顯。

（2）采用β相區擠壓的TA15合金管材片層狀組織的高溫力學性能較兩相區雙態組織的高。

參考文獻：

[1]沙愛學，李興無，儲俊鵬.TA15鈦合金的普通退火[J].稀有金屬，2003，27（1）：213-215.

[2]曹京霞，方波，黃旭，等.微觀組織對TA15鈦合金力學性能的影響[J].稀有金屬，2004，28（2）：362-364.

[3]王斌，郭鴻鎮，姚澤坤，等.熱壓參數對TA15合金流動應力及顯微組織的影響[J].鍛壓技術，2006（6）：106-109.

[4]張晶宇，楊延清，陳彥，等.退火對TA15鈦合金組織與性能的影響[J].金屬熱處理，2003，28（3）：46-48.endprint