除氫工藝流程對TB2薄板固溶時效態(tài)組織及性能的影響

陳永輝+黃杰+高飛+王娟華+雷挺+王勤波

摘 要：研究了不同除氫工藝流程對TB2薄板時效態(tài)組織及性能的影響。結(jié)果表明，薄板經(jīng)760℃/12′AC固溶、680℃/4hFC除氫處理，760℃/12′AC固溶，再經(jīng)在500℃AC不同時間的時效，此過程中次生α相析出速率較快，且次生α相析出總量較多，時效8h后強度基本不再發(fā)生變化，時效后的抗拉強度可達到1375Ma；薄板經(jīng)680℃/4hFC除氫處理，760℃/12′AC固溶后，再經(jīng)在500℃AC不同時間的時效，此過程中次生α相析出速率較慢，且次生α相析出總量較少，時效24h后強度基本不再發(fā)生變化，時效后的抗拉強度可達到1200Ma。

關(guān)鍵詞：TB2薄板；除氫工藝；顯微組織；力學性能

中圖分類號：TG292 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0056-03

前言

TB2鈦合金（Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al）是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金，具有良好的冷成型性能和焊接性能，在固溶及時效狀態(tài)下具有較高的強度和一定的塑性，因此在航空、航天及國防工業(yè)中得到廣泛應用[1][2]。該鈦合金工作溫度在350℃以下，主要用于制造各種薄板沖壓件和焊接件，如壓氣機葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉(zhuǎn)件，以及飛機的構(gòu)件等[3][4]。

由于TB2鈦合金屬于β型鈦合金，該類鈦合金在生產(chǎn)過程中增氫現(xiàn)象較為突出，后期需除氫處理，本實驗對0.6mmTB2薄板不同除氫工藝流程后的固溶時效態(tài)顯微組織及力學性能進行研究，以期得到最佳工藝匹配值，為拓寬市場領(lǐng)域及批量生產(chǎn)提供一定的技術(shù)支持。

1 實驗方法

1.1 實驗材料

實驗所用TB2鈦合金薄板經(jīng)兩次真空自耗電弧爐熔煉獲得，再經(jīng)過鍛造、熱軋、冷軋至0.6mm成品薄板，其化學成分見表1。

1.2 試樣制備

在厚度為0.6mm的薄板上切取拉伸和金相試樣，該實驗固溶制度為760℃/12′，除氫制度680℃/4hFC，時效溫度為500℃。實驗除氫工藝流程為兩種：一種是固溶+除氫+固溶+時效熱處理工藝，見表2（A～E）所示，另一種是除氫+固溶+時效熱處理工藝，見表3（F～J）所示，試熱處理后的試樣用同樣方法進行表面處理后，將試樣送至性能檢測中心進行室溫力學性能及顯微組織的檢測。

2 結(jié)果與分析

2.1 固溶+除氫+固溶+時效熱處理工藝對TB2薄板室溫力學性能及顯微組織的影響

采用固溶+除氫+固溶+時效熱處理工藝，按照熱處理制度A～E進行熱處理，薄板的室溫力學性能見圖1，顯微組織見圖2。

鈦合金薄板室溫力學性能的影響

由圖1及圖2可以看出，薄板經(jīng)固溶+除氫+固溶熱處理后，在500℃/4h時效時，材料的Rm，RP0.2較低，β相中已析出次生α相。500℃/8h時效時Rm，RP0.2值急劇提高，顯微組織顯示此時材料已析出大量次生α相，未析出次生α相的β晶粒呈顆粒狀分布，且β晶界比較模糊。500℃/10h時效時薄板強度變化不大，次生α相更加大量析出。500℃/12h時效時，材料力學性能和顯微組織與500℃/10h時效類似，無明顯變化。再延長時效時間到24h，此時材料已析出大量次生α相，所有β晶粒完全析出次生α相，β晶界更為模糊，且強度變化不明顯。

薄板經(jīng)固溶、除氫、固溶及在500℃溫度下不同時間的時效，其實是β相再結(jié)晶、次生α相析出、次生α相溶解及次生α相再次析出的過程，在薄板進行最終時效前，β相已完全再結(jié)晶，為次生α的析出做好充足的組織準備。因此，隨著時效時間的延長，次生α相析出速率較快，且次生α相析出總量較大，這種時效后的次生α相起到彌散強化的作用，由于材料強化的有限性，因此，TB2薄板經(jīng)這種除氫工藝流程后，薄板固溶時效態(tài)的抗拉強度較高，最高可達到1375Mpa。

2.2 除氫+固溶+時效熱處理工藝對TB2薄板室溫力學性能及顯微組織的影響

采用除氫+固溶+時效熱處理工藝，按照熱處理制度F～J進行熱處理，薄板的室溫力學性能見圖3，顯微組織見圖4。

由圖3及圖4可以看出，薄板經(jīng)除氫+固溶后，在500℃/8h時效時，顯微組織中已有少量的次生α相，材料強度較低。500℃/12h時效時Rm，RP0.2值有一定的增加，顯微組織顯示此時材料已析出較多次生α相。500℃/24h時效時薄板Rm，RP0.2繼續(xù)增加，次生α相更加大量析出。500℃/36h時效時，材料Rm，RP0.2值基本無變化，次生α相量無大的變化。500℃/48h時，此時材料已析出較多次生α相，β晶界模糊不清，但強度不再變化。

薄板經(jīng)除氫、固溶及在500℃溫度下不同時間的時效，其實是次生α相析出、次生α相溶解并且β相再結(jié)晶、次生α相再次析出的過程，在薄板進行最終時效前，雖然β相已再結(jié)晶，可能由于此時的β相內(nèi)存在另一種相，這種新相阻止了次生α相的析出速率及析出總量。因此，TB2薄板經(jīng)這種除氫工藝流程后，時效過程中次生α相析出速率較慢，隨著時效時間的延長，次生α相析出總量較少，時效后材料強度較低，薄板時效后的抗拉強度最高可達到1200Mpa。

3 結(jié)論

（1）薄板經(jīng)760℃/12'AC固溶、680℃/4hFC除氫處理、

760℃/12'AC固溶處理后，500℃時效時，次生α相的析出速率較快，次生α相的析出總量較多，時效8h后材料強度基本不再發(fā)生變化，抗拉強度最高可達1375Mpa。

（2）薄板經(jīng)680℃/4hFC除氫處理、760℃/12'AC固溶處理

后，500℃時效時，次生α相的析出速率較慢，次生α相的析出總量較少，時效24h后材料強度基本不再發(fā)生變化，抗拉強度最高可達1200Mpa。

參考文獻：

[1]稀有金屬材料加工手冊書編寫組.稀有金屬材料加工手[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1985：791.

[2]盧軼，王儉，王紅武.熱處理對TB2鈦合金組織和性能的影響[J].稀有金屬快報，2008，27（8）：29-33.

[3]馬鴻海，馮軍寧.熱處理工藝對Ti-230合金薄板組織和性能的影響[J].稀有金屬快報，2007，26（11）：27-30.

[4]吳全興.復合材料在航空部件上的應用[J].稀有金屬快報，2002，21（4）：14-15.endprint