預(yù)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(wěn)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(wěn)定好等優(yōu)良特性，常被制成緊固件和零部件在航空航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(yè)實際中每一批鈦材都要求測定相轉(zhuǎn)變溫度，鈦合金的β轉(zhuǎn)變溫度是確定熱加工工藝和熱處理制度的重要依據(jù)

。隨著鈦合金近β鍛造工藝的發(fā)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(chǎn)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(chǎn)品出廠時都要提供相變點。但TB2合金通常以固溶或時效態(tài)交貨，室溫組織是亞穩(wěn)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(wěn)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(xù)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(zhuǎn)變溫度測定方法》中第5.5條推薦了亞穩(wěn)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(yù)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(wěn)β鈦合金相變點測試前時效處理必要性的同時，揭示預(yù)備熱處理工藝對合金淬火組織的演變規(guī)律，讓廣大鈦合金生產(chǎn)和研發(fā)人員對亞穩(wěn)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(chǎn)的R態(tài)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(jīng)過較大變形，因此，室溫下是棒材是比較均勻的亞穩(wěn)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(guī)定的熱處理工藝進行預(yù)備熱處理，然后制備成金相試樣觀察顯微組織。然后，將預(yù)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(qū)的爐溫均勻性測試符合GB/T 9452的規(guī)定，且爐溫均勻性不劣于±3℃。試樣裝爐后，待爐溫重新到達設(shè)定溫度時，開始保溫計時，保溫結(jié)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(xù)時間不超過3s。

我立馬從窗戶上逃走，這事我常干，窗戶下面有一個小平臺，剛好可以接住我，死不了?？墒窃S飛那個兔崽子以為我要自殺，急吼吼沖過來拉我，卻笨手笨腳地絆了腳，身體向前撲，把半跨在窗臺上的我直接給推了下去。

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(shù)十秒，然后利用德國生產(chǎn)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(jiān)督機制。在建立這些制度時，國資委應(yīng)加強對離任審計、利益考核、薪酬制度和職務(wù)消費等各項內(nèi)控指標的考核與控制，這樣不僅可以有效的遏制企業(yè)高管人員的不良行為，而且還可以通過激勵提高領(lǐng)導(dǎo)人積極主動完成各項內(nèi)控管理條例的效率。

2 結(jié)果與分析

2.1 TB2預(yù)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(wěn)β晶粒邊界和晶粒內(nèi)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(nèi)也有大量析出，并且聚集長大成針狀和片狀等形態(tài)，但圖2（c）和2（d）中α相主要分布在β晶界，而晶粒內(nèi)部只有極少數(shù)α相存在。對照圖4中不同的預(yù)備熱處理工藝，不難發(fā)現(xiàn)，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(fā)生的晶格畸變程度大，因此，時效時α相形核驅(qū)動力較大，有利于α相形核，晶界和晶粒內(nèi)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(shù)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(tài)組織，組織比較穩(wěn)定，而C組進行了固溶處理，室溫下屬于亞穩(wěn)β組織，該類組織穩(wěn)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(jīng)預(yù)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(fā)現(xiàn)，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(nèi)，而后者則以晶界為主。產(chǎn)生這種組織差異的原因是淬火前的原始組織（預(yù)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(fā)生形核，在晶粒內(nèi)部也有大量形核。然而C組和D組試樣從β相區(qū)高溫冷卻時冷速較慢，室溫組織相對穩(wěn)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(nèi)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(fā)現(xiàn)，A、B、C、D，4組試樣，每組試樣在735℃～750℃溫度范圍內(nèi)淬火，淬火組織遵循相似的演變規(guī)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(tài)也由原來的針狀、片狀變?yōu)榧毿〉那驙罨蚨贪魻睿以讦戮Я＿吔绾途Я?nèi)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(nèi)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(nèi)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(jīng)過較大的變形，室溫下為相對均勻的亞穩(wěn)β組織。A、B、C、D，4組試樣經(jīng)不同固溶時效處理后，TB2合金中原始β晶粒邊界和晶粒內(nèi)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(tài)，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(tài)鍛棒直接低溫熱處理顯微組織中α相析出量較少。

3 結(jié)論

以上分析得出，在735℃～750℃的溫度范圍內(nèi)，4組試樣均完成了α→β的組織轉(zhuǎn)變。盡管預(yù)備熱處理工藝不同導(dǎo)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(zhuǎn)變溫度測定方法》中8.1（b）條規(guī)定，這4組試樣的α→β相轉(zhuǎn)變溫度均為742.5℃。由此推斷，TB2鍛棒通過不同的預(yù)備熱處理，并不會影響合金α→β相轉(zhuǎn)變溫度測定結(jié)果。

（2）4組試樣經(jīng)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(nèi)部都有大量的α析出相，而空冷和熱態(tài)的試樣中α相則主要在晶界聚集，在晶內(nèi)分布極少，說明低溫組織具有遺傳性。不管采用哪種預(yù)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(guī)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(nèi)α相也完全消失。

因此對相關(guān)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(chǔ)。

（3）盡管A、B、C、D，4組試樣經(jīng)過4種不同的預(yù)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(zhuǎn)變溫度。因此，當實際生產(chǎn)或研究中需要測試該類亞穩(wěn)β鈦合金相轉(zhuǎn)變溫度時，可以根據(jù)實際情況選擇合適的預(yù)備熱處理工藝。

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