不同熱處理工藝對TC20鈦合金棒材組織和力學(xué)性能的影響

雷文光，李建康，張婷偉，趙宏禮，曹宇巖，岳 旭，葉紅川

(新疆湘潤新材料科技有限公司，新疆 哈密 839100)

鈦及鈦合金具有密度低、比強(qiáng)度高、無磁性以及優(yōu)良的耐蝕性能和生物相容性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、海洋工程、石油化工、生物醫(yī)療等領(lǐng)域[1,2]。TC20(Ti-6Al-7Nb)鈦合金是瑞士Sulzer醫(yī)學(xué)技術(shù)公司研制的一種醫(yī)用鈦合金，其力學(xué)性能與Ti-6Al-4V合金相當(dāng)，且不含對人體有潛在危害的V元素[3-4]。該合金屬于中強(qiáng)鈦合金，兼具α型鈦合金和β型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，主要用于制造醫(yī)用器械和人體植入物材料[5-7]。研究人員針對TC20鈦合金的高溫變形行為、熱加工工藝等方面進(jìn)行了大量研究[8-14]，為其應(yīng)用奠定了一定基礎(chǔ)。然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，TC20鈦合金棒材經(jīng)固溶水淬+時(shí)效處理后易翹曲變形，直線度難以滿足≤1 mm/m的要求，采用固溶水淬+退火校直處理雖可以解決棒材的直線度問題，但強(qiáng)度無法滿足指標(biāo)要求。

故以熱軋態(tài)TC20鈦合金棒材作為研究對象，研究不同熱處理工藝對合金組織和性能的影響，并在固溶水淬和時(shí)效處理之間加入700 ℃的短時(shí)退火校直處理，以期獲得最佳的熱處理強(qiáng)化效果，從而解決工業(yè)化生產(chǎn)中棒材強(qiáng)度與直線度的匹配問題。

1 實(shí) 驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料為經(jīng)3次真空自耗電弧熔煉制備的φ520 mm TC20鈦合金鑄錠。鑄錠經(jīng)β相區(qū)開坯鍛造后，在兩相區(qū)一火次熱軋成φ45 mm的棒材。經(jīng)測量，TC20鈦合金棒材化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，w/%)為：Al 6.14，Nb 6.99，F(xiàn)e 0.15，C 0.017，O 0.12，N 0.007，H 0.001，其余為Ti。金相法測得其相變點(diǎn)為995～1000 ℃。

TC20鈦合金棒材的原始顯微組織如圖1所示。從圖1可以看出，TC20鈦合金棒材組織由均勻細(xì)小的等軸α相和短棒狀α相組成，按照ETTC2顯微組織評級可達(dá)A5級。……