氧含量和退火制度对Ti-6Al-4V挤压管组织与400℃高温强度的影响

2012-07-28张耀斌冯红超晏小兵杨奇郭佳林

有色金属加工 2012年5期

张耀斌，冯红超，晏小兵，杨奇，郭佳林

(宝鸡钛业股份有限公司 ,陕西宝鸡721014)

钛及钛合金具有密度小、比强度高、耐热、抗腐蚀、无磁性、较易加工成型，作为重要的结构材料和耐蚀材料被广泛应用于航空、航天、化工、舰船等领域。Ti-6Al-4V属于α+β型钛合金，具有优良的综合性能，是应用最广泛的钛合金。国内对其棒材、板材性能研究较多，对于管材研究不多。为此，我们选择不同氧含量的材料，制备Ti-6Al-4V挤压管材，并开展了热处理试验，研究其组织和性能，为其应用提供参考。从试验中选取适当工艺来提高管材的高温强度。

1 试验方法

试验材料为宝鸡钛业股份有限公司的二次真空自耗熔炼锭，其氧含量为0.10、0.12、0.14、0.16%，所用材料的化学成分见表1。材料经锻造制备挤压用棒坯，再用3150t挤压机热挤压制成φ95×15mm的管材，然后截取试样，分别进行以下试验：

①退火制度的影响：将氧含量0.16%的试样进行850℃固溶，采用空冷(A.C.)、水冷(W.C.)及540℃时效处理。对处理试样和挤压状态试样，分别进行400℃高温拉伸试验和金相分析。

②化学成分的影响:将四种成分试样进行850℃×40min A.C.+ 560℃×1h A.C.热处理后，然后进行400℃高温拉伸试验。由于氧含量变化对组织无影响，故照片未列举。

表1：所用材料的化学成分 wt %

2 试验结果与讨论

2.1 挤压状态组织

挤压状态组织为针状α+β相，见图1。

2.2 两相区固溶分析

对挤压管坯进行850℃ 40min的固溶处理后，分别采用水冷、空冷到室温，然后作金相分析，结果见图2、图3，得到初生等轴α和亚稳定β相、初生等轴α和转变β相。

2.3 时效的作用

当时效温度较高时(500～600℃)，可由β相直接分解出α相，不经过ω相过渡阶段。组织如图4所示，形成均匀等轴组织。

2.4 退火制度对高温强度的影响

图5 退火制度对高温强度的影响

试验中的退火后材料的高温强度值见图5，可以看出通过退火可提高强度，经850℃A.C.+560℃A.C处理后强度最高，其中影响主要由ω相含量决定。管材在固溶处理后，高温强度未见有明显提高，造成此现象可能的原因为：高温拉伸温度为400℃，材料在拉伸加热及变形时发生时效，当时效温度较低时(250～450℃)，由于原子扩散比较困难，β相往往不能直接分解为α+β相，先析出ω相，ω相硬而脆(HB=500,δ=0)，塑性急剧下降，脆性显著增大，性能降低。当固溶处理后在进行560℃的时效处理，可防止β相生成ω相，高温性能明显提高。