預備熱處理對TB2淬火組織影響研究

TB2，名義成分，Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al，是亞穩β鈦合金的典型代表。該類合金因冷成型好，時效強度和斷裂韌性高、耐蝕性好、300℃以下熱穩定好等優良特性，常被制成緊固件和零部件在航空航天領域廣泛應用

。鈦合金由于原材料和加工歷史的不同，尤其是合金化學成分的差別，每一批鈦材之間的α+β/β相變點都有差異

，因此，工業實際中每一批鈦材都要求測定相轉變溫度，鈦合金的β轉變溫度是確定熱加工工藝和熱處理制度的重要依據

。隨著鈦合金近β鍛造工藝的發展，很多合金要求在相變點附近進行變形，這就要求更精確地測定鈦合金的相變點

。公司作為原材料廠家，產品交付用戶后一般還要進行熱加工，因此，用戶要求大部分產品出廠時都要提供相變點。但TB2合金通常以固溶或時效態交貨，室溫組織是亞穩β組織，沒有或者只含有極少量α相，而鈦合金相變點的定義是加熱過程中α相完全消失的最低溫度。因此，準確掌握并運用亞穩β鈦合金的相變點測試方法對該類合金相變點測試尤為重要。資料

記載，可熱處理合金采用連續升溫金相法測試相變點時，試樣坯需要先時效，GB/T 23605-2020《鈦合金β轉變溫度測定方法》中第5.5條推薦了亞穩β鈦合金具體的時效工藝

。然而這些都只是提到了時效處理，卻沒有對時效處理做深入地分析和介紹，因此，本文以TB2合金鍛棒為例，通過對合金進行不同的預備熱處理，對比分析試樣淬火前和淬火后的顯微組織，明確亞穩β鈦合金相變點測試前時效處理必要性的同時，揭示預備熱處理工藝對合金淬火組織的演變規律，讓廣大鈦合金生產和研發人員對亞穩β鈦合金相變點測試有更深的理解，在工作上給予一定的幫助。

1 實驗方案

實驗原料為公司鍛造廠生產的R態TB2鍛棒，其原始組織見圖1。由于TB2棒材終鍛溫度超過相變點，且棒材經過較大變形，因此，室溫下是棒材是比較均勻的亞穩β組織。采用線切割從該棒材上取￠10mm×15mm的圓形試樣坯16個，將這些試樣分成4組，每組4個試樣，各組試樣編號分別為A、B、C、D。首先對4組試樣坯按照表1規定的熱處理工藝進行預備熱處理，然后制備成金相試樣觀察顯微組織。然后，將預處理后的4組試樣坯在管式爐中分別進行735℃ /40min、740℃ /40min、745℃ /40min和750℃/40min的熱處理。該管式爐有效工作區的爐溫均勻性測試符合GB/T 9452的規定，且爐溫均勻性不劣于±3℃。試樣裝爐后，待爐溫重新到達設定溫度時，開始保溫計時，保溫結束后，立即將試樣置入不高于25℃的水槽，該動作迅速，完成整個過程持續時間不超過3s。

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淬火處理后，為觀察試樣真實組織，在磨制金相試樣前先用機械切割的方式將試樣表面至少去除2mm，以消除表面的熱影響層。然后依次在粒度240#、400#、800#和1200#的金剛石砂紙上磨光。磨光的試樣首先在金相拋光機上利用三氧化二鋁水溶液粗拋光，然后使用二氧化硅水溶液進行精拋光。拋光好的試樣利用2mL HF+4mL HNO

+94mL H

O的腐蝕劑擦拭數十秒，然后利用德國生產的型號為Axiovert200MAT的ZESS金相顯微鏡觀察試樣的淬火組織，并選擇有代表性的視場拍攝金相照片。

第二，建立健全獎罰激勵機制和監督機制。在建立這些制度時，國資委應加強對離任審計、利益考核、薪酬制度和職務消費等各項內控指標的考核與控制，這樣不僅可以有效的遏制企業高管人員的不良行為，而且還可以通過激勵提高領導人積極主動完成各項內控管理條例的效率。

2 結果與分析

2.1 TB2預備熱處理顯微組織

圖2（a）、（b）、（c）、（d）分別是A、B、C、D，4組試樣按照表1熱處理后的顯微組織。從圖2看出，4組試樣熱處理后，亞穩β晶粒邊界和晶粒內都有α相析出，圖2（a）和2（b）中α析出相總量更多，除了晶界外，晶內也有大量析出，并且聚集長大成針狀和片狀等形態，但圖2（c）和2（d）中α相主要分布在β晶界，而晶粒內部只有極少數α相存在。對照圖4中不同的預備熱處理工藝，不難發現，造成這種顯微組織差異的原因是，A、B組試樣固溶處理采用水冷，由于水冷冷卻速度較大，冷卻過程中β相發生的晶格畸變程度大，因此，時效時α相形核驅動力較大，有利于α相形核，晶界和晶粒內部都有很多形核點。與圖2（b）相比，圖2（a）中α相細小一些，含量較少。這是因為A組試樣時效保溫4小時，保溫時間越長，析出的α相數量越多，聚集長大更明顯。和C組相比，D組試樣屬于原始熱態組織，組織比較穩定，而C組進行了固溶處理，室溫下屬于亞穩β組織，該類組織穩定性差，再加熱到較高溫度保溫時，便會從過飽和固溶體中析出更多α相，如圖2（d）所示。

2.2 TB2高溫淬火顯微組織

圖3（a）、（b）、（c）和（d）分別是A、B、C、D，4組試樣經預備熱處理后，在735℃、740℃、745℃和750℃下淬火得到的組織。

縱向觀察圖3中的每4張圖片（各組試樣同一淬火溫度的顯微組織）不難發現，在735℃和740℃較低溫度淬火時，A組和B組試樣的α相比C組和D組的略多，且前者的α相主要分布在β晶粒內，而后者則以晶界為主。產生這種組織差異的原因是淬火前的原始組織（預備熱處理組織）不同，因為A組和B組試樣固溶時采用水冷，組織中儲存的畸變能較大，之后時效過程中α相不僅在原始β晶粒邊界發生形核，在晶粒內部也有大量形核。然而C組和D組試樣從β相區高溫冷卻時冷速較慢，室溫組織相對穩定，時效析出時α相主要在缺陷位置較多的晶界形核。當淬火溫度為745℃時，對A組和B組試樣，晶粒內部還有較多的α相（見圖3（a）-745℃、3（b）-745℃），但C組和D組中的α相基本消失（見圖3（c）-745℃、3（d）-745℃）。

橫向觀察圖3中的每4張圖片發現，A、B、C、D，4組試樣，每組試樣在735℃～750℃溫度范圍內淬火，淬火組織遵循相似的演變規律，即隨著淬火溫度的升高，組織中α相逐漸減少，直到溫度升至750℃時，α相完全消失。進一步分析得出，735℃淬火后，4組試樣中的α析出相都大量溶解，α相尺寸減小，形態也由原來的針狀、片狀變為細小的球狀或短棒狀，且在β晶粒邊界和晶粒內部都有；隨淬火溫度升高，α相進一步溶解、減少，首先在β晶界消失，然后晶粒內部的α相也慢慢溶解消失；當溫度升至750℃時，4組試樣晶粒內部的α相也全部消失，并且原始β晶粒有長大的傾向。

（1）本文研究的TB2鍛棒，由于終鍛溫度超過相變點，且棒材經過較大的變形，室溫下為相對均勻的亞穩β組織。A、B、C、D，4組試樣經不同固溶時效處理后，TB2合金中原始β晶粒邊界和晶粒內都有α相析出，固溶時采用水冷處理的A組和B組試樣，α析出相更多，并且聚集長大成針狀、片狀等形態，而C組和D組試樣，只有少量α相呈點狀或細小針狀主要在晶界形成。時效保溫時間越長，α析出相越多。與固溶+時效處理相比，熱態鍛棒直接低溫熱處理顯微組織中α相析出量較少。

3 結論

以上分析得出，在735℃～750℃的溫度范圍內，4組試樣均完成了α→β的組織轉變。盡管預備熱處理工藝不同導致它們在相同溫度下的淬火組織有所差異。但是，按照GB/T 23605-2020《鈦合金β轉變溫度測定方法》中8.1（b）條規定，這4組試樣的α→β相轉變溫度均為742.5℃。由此推斷，TB2鍛棒通過不同的預備熱處理，并不會影響合金α→β相轉變溫度測定結果。

（2）4組試樣經735℃～750℃淬火，在735℃和740℃的低溫淬火組織中，A組和B組試樣原始β晶界和晶粒內部都有大量的α析出相，而空冷和熱態的試樣中α相則主要在晶界聚集，在晶內分布極少，說明低溫組織具有遺傳性。不管采用哪種預備熱處理工藝，A、B、C、D，4組試樣的淬火組織都遵循相似的演變規律，隨著淬火溫度的升高，組織中α相逐漸減少，先是晶界α相消失，當溫度升至750℃時，晶內α相也完全消失。

因此對相關人員而言，在水利工程機電安裝過程中，必須要重視對各種造價風險事件的識別，最終為保證造價水平奠定基礎。

（3）盡管A、B、C、D，4組試樣經過4種不同的預備熱處理，每組試樣在735～750℃下的淬火組織各有差異，但并不影響α→β相轉變溫度。因此，當實際生產或研究中需要測試該類亞穩β鈦合金相轉變溫度時，可以根據實際情況選擇合適的預備熱處理工藝。

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[6]GB/T 23605-2020《鈦合金β轉變溫度測定方法》．