氧含量和退火制度對Ti-6Al-4V擠壓管組織與400℃高溫強(qiáng)度的影響

張耀斌，馮紅超，晏小兵， 楊奇， 郭佳林

(寶雞鈦業(yè)股份有限公司 ,陜西 寶雞721014)

鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐熱、抗腐蝕、無磁性、較易加工成型，作為重要的結(jié)構(gòu)材料和耐蝕材料被廣泛應(yīng)用于航空、航天、化工、艦船等領(lǐng)域。Ti-6Al-4V屬于α+β型鈦合金，具有優(yōu)良的綜合性能，是應(yīng)用最廣泛的鈦合金。國內(nèi)對其棒材、板材性能研究較多，對于管材研究不多。為此，我們選擇不同氧含量的材料，制備Ti-6Al-4V擠壓管材，并開展了熱處理試驗，研究其組織和性能，為其應(yīng)用提供參考。從試驗中選取適當(dāng)工藝來提高管材的高溫強(qiáng)度。

1 試驗方法

試驗材料為寶雞鈦業(yè)股份有限公司的二次真空自耗熔煉錠，其氧含量為0.10、0.12、0.14、0.16%，所用材料的化學(xué)成分見表1。材料經(jīng)鍛造制備擠壓用棒坯，再用3150t擠壓機(jī)熱擠壓制成φ95×15mm的管材，然后截取試樣，分別進(jìn)行以下試驗：

①退火制度的影響：將氧含量0.16%的試樣進(jìn)行850℃固溶，采用空冷(A.C.)、水冷(W.C.)及540℃時效處理。對處理試樣和擠壓狀態(tài)試樣，分別進(jìn)行400℃高溫拉伸試驗和金相分析。

②化學(xué)成分的影響:將四種成分試樣進(jìn)行850℃×40min A.C.+ 560℃×1h A.C.熱處理后，然后進(jìn)行400℃高溫拉伸試驗。由于氧含量變化對組織無影響，故照片未列舉。

表1：所用材料的化學(xué)成分 wt %

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 擠壓狀態(tài)組織

擠壓狀態(tài)組織為針狀α+β相，見圖1。

2.2 兩相區(qū)固溶分析

對擠壓管坯進(jìn)行850℃ 40min的固溶處理后，分別采用水冷、空冷到室溫，然后作金相分析，結(jié)果見圖2、圖3，得到初生等軸α和亞穩(wěn)定β相、初生等軸α和轉(zhuǎn)變β相。

2.3 時效的作用

當(dāng)時效溫度較高時(500～600℃)，可由β相直接分解出α相，不經(jīng)過ω相過渡階段。組織如圖4所示，形成均勻等軸組織。

2.4 退火制度對高溫強(qiáng)度的影響

圖5 退火制度對高溫強(qiáng)度的影響

試驗中的退火后材料的高溫強(qiáng)度值見圖5，可以看出通過退火可提高強(qiáng)度，經(jīng)850℃A.C.+560℃A.C處理后強(qiáng)度最高，其中影響主要由ω相含量決定。管材在固溶處理后，高溫強(qiáng)度未見有明顯提高，造成此現(xiàn)象可能的原因為：高溫拉伸溫度為400℃，材料在拉伸加熱及變形時發(fā)生時效，當(dāng)時效溫度較低時(250～450℃)，由于原子擴(kuò)散比較困難，β相往往不能直接分解為α+β相，先析出ω相，ω相硬而脆(HB=500,δ=0)，塑性急劇下降，脆性顯著增大，性能降低。當(dāng)固溶處理后在進(jìn)行560℃的時效處理，可防止β相生成ω相，高溫性能明顯提高。

2.5 氧含量對高溫強(qiáng)度的影響

如圖6所示，氧含量的降低能顯著減小強(qiáng)度，氧含量達(dá)0.16%時強(qiáng)度最高。氧原子溶入溶劑間隙，較置換元素造成更大的晶格畸變，增加了變形時的裂紋擴(kuò)展路徑，而且氧有促進(jìn)ω相分解作用，所以提高氧含量可提高高溫強(qiáng)度。

圖6 氧含量對高溫強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

1)經(jīng)850℃A.C.+560℃A.C熱處理后，Ti-6Al-4V擠壓管具有較高高溫強(qiáng)度;

2)提高氧含量可提高Ti-6Al-4V擠壓管高溫強(qiáng)度。

[1] 崔忠圻主編；金屬學(xué)與熱處理[M]；機(jī)械工業(yè)出版社；1989年，北京；P426～428

[2]馬懷憲主編；金屬塑性加工學(xué)-擠壓、拉拔與管材冷軋[M]；冶金工業(yè)出版社；1991年，北京；P56～58

[3]王桂生主編；鈦的應(yīng)用技術(shù)[M]；中南大學(xué)出版社；2007年；長沙；P135～148

[4]肖雅靜等；稀有金屬快報[J]；2008,27(1),29