熱處理制度對Ti-3Al-2.5V鈦合金帶材組織及性能的影響

陳猛，劉娜，岳希星

(寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014)

1 引言

Ti-3Al-2.5V合金最初是作為焊接管和無縫管材料而研制的,后來這種合金在其他一些結(jié)構(gòu)中也得到了應(yīng)用，但目前管材應(yīng)用仍然占統(tǒng)治地位?，F(xiàn)在實際上所有的商業(yè)客機均有Ti-3Al-2.5V液壓系統(tǒng)，該合金也越來越多的應(yīng)用于化工設(shè)備。它制成的化工設(shè)備能承受較高的操作溫度，效率提高，而且環(huán)境影響明顯減少，尤其是在海水中良好的抗腐蝕能力，使其漸漸的應(yīng)用于海水冷卻系統(tǒng)和海底石油開采。為了能夠生產(chǎn)性能穩(wěn)定的寬幅Ti-3Al-2.5V合金帶材，寶鈦集團進行了一系列的開發(fā)試驗工作，做了大量的試驗，并總結(jié)分析了數(shù)據(jù)，本文就此合金帶材進行了熱處理試驗后，旨在研究此帶材在不同溫度下的帶材退火后的性能數(shù)據(jù)，組織形貌，以期分析總結(jié)得到其變化規(guī)律，為該帶材的應(yīng)用和推廣提供技術(shù)支持和參考依據(jù)。

2 實驗材料與方法

試驗鑄錠為2次真空自耗電弧爐熔煉的鈦鑄錠，化學(xué)成分符合表1的要求，萬噸自由鍛后，先熱軋成5.0mm厚帶材，然后進行冷軋，最終軋制成0.25mm厚帶材，之后分別取樣進行A:Y（硬態(tài)）及B:620℃/5minAC、C:660℃/3minAC、D:660℃/5minAC、E:700℃/3minAC、F:700℃/5minAC、G:740℃/3minAC、H:740℃/5minAC7個制度下的退火處理，對比分析退火后的性能數(shù)據(jù)差異，以探索出不同退火制度對性能及組織的影響規(guī)律。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 不同熱處理制度對帶材顯微組織及性能的影響如圖1，2所示：

圖2中B～H方案熱處理實驗后隨著溫度的升高，強度逐漸降低，延伸率數(shù)值逐漸升高；圖2表明制度B、C（方案B～C）的溫度為力學(xué)性能變化臨界溫度區(qū)間，超過方案B、C的溫度后，強度降低且變化平穩(wěn)，溫度因素對強度和延伸率影響甚微,很難滿足客戶產(chǎn)品對力學(xué)性能方面要求。

3.2 不同熱處理制度對帶材性能的影響如圖3所示：

從冷硬態(tài)組織照片（見圖1A）看出帶材存在加工過程中的長條α，等軸α，整體呈纖維狀；經(jīng)B～H熱處理后絕大多數(shù)組織(見圖1B～H)發(fā)生了回復(fù)和再結(jié)晶，存在明顯的等軸α，為典型的等軸組織，但是隨著溫度的逐漸升高和保溫時間的延長，晶粒尺寸也相應(yīng)的發(fā)生了變化。經(jīng)B:620℃/5minAC、C:660℃/3minAC熱處理后組織相對較為細?。ㄒ妶D3中B、C方案），從D:660℃/5minAC開始至H:740℃/5minAC熱處理后的晶粒尺寸逐漸變大，晶粒度級別逐漸降低（見圖3中D～H方案）；表明制度B、C（方案B～C）的溫度為晶粒度變化臨界溫度區(qū)間，超過方案B、C的溫度后，晶粒度級別降低且變化平穩(wěn)，溫度因素對晶粒度影響甚微，已經(jīng)不能滿足客戶產(chǎn)品對晶粒度盡量細小的要求。

表1 Ti-3Al-2.5V鈦合金鑄錠化學(xué)成分的要求

圖1 B～H不同熱處理制度下的橫向顯微組織照片

4 結(jié)論

（1）帶材在620℃～660℃之間熱處理才能得到晶粒尺寸較為細小的退火態(tài)等軸組織及更高的強度，才能達到良好的組織與性能的匹配；

圖2 B～H制度下帶材橫向拉伸性能的變化趨勢

圖3 B～H制度下橫向顯微組織變化趨勢

（2）超過方案B、C的溫度660℃之后晶粒尺寸逐漸變大，強度逐漸降低，塑性逐漸升高,但是變化幅度很小，不能滿足客戶需求。