熱處理工藝對(duì)BTi-421111鈦合金厚板組織及性能的影響

供稿|雷挺，高飛，苗陽(yáng)，王勤波

內(nèi)容導(dǎo)讀

BTi-421111是一種新型研制的中等強(qiáng)度塑性良好的鈦合金。本文通過(guò)研究BTi-421111鈦合金8.0 mm厚板在熱態(tài)R、750 ℃/1 h、780 ℃/1 h、810 ℃/1 h、840 ℃/1 h不同狀態(tài)下的顯微組織與性能，優(yōu)選出合適的熱處理溫度范圍為780～840 ℃；并對(duì)840 ℃/1 h與940 ℃/1 h WQ+760 ℃/4 h兩種不同熱處理工藝下板材的顯微組織與性能進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：板材經(jīng)780～840 ℃溫度熱處理后呈均勻的兩相區(qū)，達(dá)到良好的組織與性能的匹配；840 ℃/1 h熱處理后板材橫向具有更高的強(qiáng)度和沖擊性能，而940 ℃/1 h WQ+760 ℃/4 h熱處理后板材具有良好的塑性。

BTi-421111鈦合金由鋁、鋯、錫、鉬、釩、鉻按4∶2∶1∶1∶1∶1的質(zhì)量比組成，是自主開(kāi)發(fā)研究的中等強(qiáng)度塑性良好的鈦合金[1]。鋁元素在合金中起固溶強(qiáng)化提高強(qiáng)度的作用，其他合金元素的添加可提高鈦合金的加工性能。BTi-421111合金屬于兩相鈦合金，強(qiáng)度與Gr.5鈦合金相當(dāng)，加工性能優(yōu)異。文獻(xiàn)報(bào)道主要集中在鈦合金薄板顯微組織和拉伸性能的研究[2]，而對(duì)BTi-421111鈦合金中厚板組織及性能的研究相對(duì)缺少。

本文對(duì)BTi-421111鈦合金8.0 mm厚板在不同熱處理工藝下的組織及性能進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)方法

采用EB熔煉爐得到的BTi-421111鈦合金板坯，相變溫度為985 ℃，化學(xué)成分見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)修磨、下料等工序，在α+β兩相區(qū)經(jīng)過(guò)二三火軋制成8.0 mm厚成品板材。對(duì)鈦合金板材分別取樣進(jìn)行熱態(tài)R(A)、750 ℃/1 h(B)、780 ℃/1 h(C)、810 ℃/1 h(D)、840 ℃/1 h(E)檢測(cè)，選出合適的熱處理工藝，并與固溶時(shí)效態(tài)940 ℃/1 h WQ+760 ℃/4 h(F)的性能進(jìn)行對(duì)比。

表1 BTi-421111鈦合金鑄錠化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

結(jié)果與討論

不同熱處理工藝對(duì)板材顯微組織的影響

BTi-421111在不同熱處理工藝下的微觀組織如圖1所示。從圖1(a)看出板材存在加工過(guò)程中的長(zhǎng)條α，等軸α，整體呈纖維狀；經(jīng)750 ℃/1 h退火后大部分組織發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶，但仍存在拉長(zhǎng)的組織(圖1(b))；經(jīng)780 ℃/1 h退火后板材長(zhǎng)條組織發(fā)生斷開(kāi)，沒(méi)有明顯的長(zhǎng)條組織(圖1(c))；經(jīng)810 ℃/1 h和840 ℃/1 h退火后板材組織無(wú)長(zhǎng)條α存在，長(zhǎng)條組織被均勻斷開(kāi)(圖1(d)和圖1(e))；經(jīng)940 ℃/1 h WQ+760 ℃/4 h熱處理完組織在β基體上存在明顯的等軸α和片狀α，為典型的雙態(tài)組織[3-6]。

圖1 BTi-421111在不同熱處理工藝下的微觀組織：(a) 熱態(tài)；(b) 750 ℃/1 h；(c) 780 ℃/1 h；(d) 810 ℃/1 h；(e) 840 ℃/1 h；(f) 940 ℃/1 h WQ+760 ℃/4 h

不同熱處理工藝對(duì)板材性能的影響

圖2 為板材在不同熱處理工藝下的橫向拉伸性能。從圖中可以看到，板材的抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，延伸率A則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)且在780 ℃/1 h工藝下達(dá)到最大值，這說(shuō)明在熱軋態(tài)的板材中存在一定的畸變能，板材發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶；結(jié)合顯微組織分析發(fā)現(xiàn)在780～840 ℃之間熱處理后板材再結(jié)晶完全，晶粒大小均勻，組織與性能匹配良好。

對(duì)板材在780 ℃/1 h與固溶時(shí)效態(tài)工藝下的拉伸性能進(jìn)行對(duì)比分析(圖3)發(fā)現(xiàn)780 ℃/1 h 工藝下的抗拉強(qiáng)度Rm和屈服強(qiáng)度Rp0.2均優(yōu)于固溶時(shí)效態(tài)工藝，但固溶時(shí)效態(tài)的延伸率A較高，表明固溶時(shí)效態(tài)下板材存在一定的縱、橫向性能差異，而固溶時(shí)效熱處理后板材組織更加均勻一致，強(qiáng)度下降，塑性升高。

圖4為板材在780 ℃/1 h與固溶時(shí)效態(tài)工藝下的沖擊性能和晶粒尺寸對(duì)比分析圖。從圖中可以看到，780 ℃/1 h工藝下的板材沖擊性能明顯優(yōu)于固溶時(shí)效態(tài)工藝，但平均晶粒尺寸基本一致，表明固溶時(shí)效態(tài)可以降低橫向沖擊性能。

圖2 不同熱處理工藝下板材橫向拉伸性能對(duì)比

圖3 不同熱處理工藝下板材橫向拉伸性能對(duì)比

圖4 不同熱處理工藝下板材橫向沖擊性能和晶粒尺寸對(duì)比

結(jié)束語(yǔ)

(1) 板材經(jīng)在780～840 ℃溫度之間熱處理后呈均勻的兩相區(qū)，達(dá)到良好的組織與性能的匹配。

(2) 840 ℃/1 h熱處理后板材橫向具有更高的強(qiáng)度和沖擊性能，而940 ℃/1 h WQ+760 ℃/4 h熱處理后板材具有良好的塑性。