SP—700鈦合金熱處理研究

王文君 李曉軍 王新 馬佳琨 李有華 賈小玉

摘 要：對SP-700合金的熱處理強化效應研究。采用不同的熱處理溫度、固溶時效制度處理，分析熱處理對合金組織及性能的影響。當合金在490～550℃固溶時效時，硬化效果較明顯，塑性急劇降低。800℃固溶時效后的強度要高于850℃固溶時效后的強度。固溶處理后的SP-700合金性能取決于β相的特性或β相轉變后的相的組成。

關鍵詞：SP-700合金；熱處理；組織；性能

中圖分類號：TG166.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0109-03

Abstract： The strengthening effect of heat treatment on SP-700 alloy was studied. The effect of heat treatment on the microstructure and properties of the alloy was analyzed using different heat treatment temperature and solution aging treatment. When the alloy is dissolved and aged at 490，550 ℃， the hardening effect is obvious and the plasticity decreases sharply. The strength after solution aging at 800 ℃ is higher than that after solution aging at 850 ℃. The properties of SP-700 alloys after solid solution treatment depend on the characteristics of β phase or the phase composition after β phase transformation.

Keywords： SP-700 alloy； heat treatment； microstructure； properties

1 概述

鈦合金因其密度小、強度高和抗腐蝕性強等優點，已廣泛應用于航空航天工業[1]。雖然Ti-6Al-4V合金因其具有較強的疲勞抗力和較好的斷裂韌性，是目前最常用的鈦合金，但是，由于其加工性能和可熱處理性能都不太好，故加工成形困難、材料利用率低，導致它在能源和運輸等非航空與航天領域的應用受到限制[2]。SP-700是為了克服Ti-6Al-4V合金的諸多缺點而研制的一種新型富β的（α+β）鈦合金。此合金的超速成形型、抗拉強度、疲勞強度和斷裂韌性等都得到了改善。

本文主要對SP-700合金板材熱處理工藝進行研究。通過不同的熱處理參數，對比組織和性能的變化。

2 實驗

2.1 試驗材料

SP-700合金采用真空自耗電弧熔煉，經鍛造，制備成板坯。采用熱差分析法測得的合金相變點溫度為（900 ℃）。其化學成分見表1

2.2 實驗方案

板坯在1200mm軋機熱軋、冷軋，制成δ2mm板材，對硬態SP-700板材采取不同溫度固溶處理：670℃～840℃，保溫時間30′空冷。固溶時效處理：800℃固溶+490℃～550℃/4h時效；850℃固溶+490℃～550℃/4h時效。

3 結果與分析

3.1 固溶溫度對合金組織及性能的影響

選取不同溫度固溶后對比強度關系，強度曲線如圖1。當固溶溫度在670～780℃時，強度隨著固溶溫度的升高而略有降低，塑性提高，800℃左右時，塑性最好，達到峰值。

在670～780℃溫度固溶時，此階段出生α相較多，約占35～40%左右，且晶粒細小<2.8um（圖2 a、b、c）、將組織放大1000倍，可以明顯發現晶粒形狀不規則，個體差異大（圖3 a）。在塑性變形時，不會在個別晶粒中引起應力集中，所以塑性較好[3]。當固溶溫度>800℃時，隨著固溶溫度的升高，合金強度升高，塑性略有下降，但變化不大。隨著固溶溫度的升高，晶粒越來越均勻，且更加趨近等軸化（圖3 b）。當固溶溫度>850℃時，隨著固溶溫度的升高，合金塑性急劇降低，晶粒度開始迅速長大（圖2 e）；當固溶溫度達到900℃時，晶粒已長大到53um（圖2 f）。

3.2 時效溫度對合金組織及性能的影響

Sp-700合金經490～550℃時效處理后，硬化效果較明顯，塑性急劇降低，隨著時效溫度的升高，時效硬化加速。對比800℃固溶+490～550℃時效和850℃固溶+490～550℃時效后的強度，800℃固溶+時效后的強度要高于850℃固溶+時效后的強度（圖4）。

固溶處理后的SP-700合金性能取決于β相的特性或β相轉變后的相的組成。固溶溫度由800℃升至850℃，β相的體積分數增加，β相中的β穩定元素連續降低，β相穩定性降低。固溶后，β相不能完全恢復，部分轉變為亞穩定β和α"馬氏體。時效時，β相中析出細小的彌散、細小的α相，因此合金產生時效硬化[4]。隨著時效溫度的升

高，β相中的Fe加速擴散，促使α從β相中的析出和α"馬氏體的分解，引起了時效硬化加速（圖5 a、b、c）。

4 結束語

（1）當固溶溫度在670℃～800℃時，強度隨著固溶溫度的升高而略有降低，塑性提高，800℃左右時，塑性最好，達到峰值，此時晶粒細小。當固溶溫度>800℃時，隨著固溶溫度的升高，晶粒依然細小<2.8um，但晶粒越來越均勻，此時，合金強度升高，塑性略有下降，但變化不大；當固溶溫度>850℃時，隨著固溶溫度的升高，合金塑性急劇降低，晶粒度開始迅速長大；當固溶溫度達到900℃時，晶粒已長大到53um。

（2）合金經490～550℃時效處理后，硬化效果較明顯，塑性急劇降低，且800℃固溶+時效后的強度要高于850℃固溶+時效后的強度。隨著時效溫度的升高，β相中的Fe加速擴散，促使α從β相中的析出和α"馬氏體的分解，引起了時效硬化加速。

參考文獻：

[1]錢九紅.航空航天用新型鈦合金的研究發展及應用[Z].2000.

[2]黃金昌.SP-700鈦合金的開發和應用[J].稀有金屬與硬質合金，1998.

[3]張民.熱處理對TC21鈦合金組織和性能的影響[J].西北工業大學材料學院，2004.

[4]美國鈦合金手冊.Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe[Z].