浅谈热处理对Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响

2013-11-30苗高蕾

山东工业技术 2013年12期

苗高蕾

（西安航空职业技术学院，陕西西安 712000）

0 前言

在社会经济发展的推动下，科学技术获得了良好的发展环境，取得了巨大的进步，新的技术和设备层出不穷，极大地方便了人们的生活。但是，由于部分设备使用环境的特殊性，对自身的构成材料提出了更高的要求。普通的金属材料难以满足这种需求，因此，技术人员将多种金属的特性融合为一体，使得其各自的性能得到了最大程度的发挥，产生了许多特种金属，也就是通常所说的合金。合金的出现和发展，极大的推动了社会的进步，其意义是十分重大的。

1 Ti2448合金概述

Ti2448合金是钛合金的一种，主要应用于医疗卫生领域，作为人造骨骼的基本原料使用。钛合金兴起和发展于20世纪50年代，属于合金的一种，是以金属钛为基础，添加其他元素所组成的合金，自身具有强度高、耐候性好、抗腐蚀、抗高温等优点，在多个领域得到了广泛应用。

钛合金在医学领域的应用，起源于人体骨骼的替代需求。例如，部分病患由于各种原因，需要更换骨骼，但是普通的金属材料可能对人体造成危害，而塑料材料等的强度和韧性难以满足使用需求。因此，相关技术人员将目光放在了合金领域。由于要满足人体的使用需求，合金必须具备重量轻、抗侵蚀、强度高、使用寿命长等特点，经过不断的试验，最终得到了Ti2448合金。该合金属于亚稳β钛合金，与人体骨骼的杨氏模量相似，可以充分满足人体自然使用的需求，因此成为人体骨骼的最佳替代金属，在医疗方面得到了广泛应用。

2 热处理对于Ti2448合金冷轧板组织的影响

为了检验热处理对于Ti2448合金冷轧板组织和性能的影响，需要结合相应的试验分析，才能切实保证数据的准确性和真实性。选择适量的合金，通过相应的设备对其进行热处理，结合试验所得结果，对其进行分析。

根据试验过程中观察到的情况，可以明确：在550-900℃的温度下，对试样冷轧板进行退火处理，10min后，观察到冷轧板组织的晶粒尺寸会随着退火温度的不断上升，逐渐变大。其基本情况如下：

温度（单位：℃）晶粒尺寸（单位：nm）550-600 ≤100 600-650 600 700-900 10000

同时，在退火过程中，运用X射线对材料进行衍射分析，结果表明，材料在650℃以下进行退火处理时，其分析结果呈α相，在700℃以上进行退火处理时，则没有α相析出。换言之，Ti2448合金在（α+β）与β相之间相互转变的温度在650-700℃之间。而经过750℃以上的高温退火10min后，在450-500℃的时效后，对材料进行分析，则析出针状α相，且随着时效时间的增加，α相的体积分数也在不断扩大；随着时效温度的提高，α相析出的优先级也越来越高，与其他亚稳β型钛合金的情况基本一致。分析其产生的原因，主要是合金的β转变温度相对较低，时效温度越低，α相在晶界的析出要高于晶体内部，而如果时效温度继续降低，则α相呈现均匀析出，与β相差距减小。另外，退火处理温度的降低，也会导致低温时效α相的析出。最终试验结果表明，通过降低退火温度，可以缓解时效过程中α相的形成和析出，从而避免其对于合金冷轧板力学性能的不利影响。

3 热处理对于Ti2448合金冷轧板性能的影响

热处理对于Ti2448合金冷轧板性能的影响主要体现在力学方面，而影响因素则包括多个方面。

3.1 退火

通过适当的退火处理，可以对Ti2448合金冷轧板的拉伸性能以及杨氏模量进行调节，使得板材在室温环境下的塑性得到显著提高，以700℃以上的退火温度想过最为显著；如果退火温度低于550℃，则合金板材的拉伸强度以及屈服强度或有所下降，但是趋势并不明显；同时，只要对材料进行退火处理，就必然会提高其杨氏模量，只是相对而言，当退火温度在700℃以上时，提升相对较小，并不显著；退火温度在650℃以下时，则杨氏模量会随着温度的不断降低，呈现出明显的上升趋势。

3.2 时效

以700℃以上的样品退火为例，如果在460-500℃的温度范围内，进行短时间的退火，则对于材料强度的影响并不明显。而随着时效时间的逐渐延长，材料的强度和弹性模量也会不断提高。一般情况下，当时效时间达到4h时，提升的程度最为明显。同时，随着时效温度的提升，材料的弹性模量和屈服强度也会出现较大的提高。因此，对于单步退火处理的冷轧板材而言，使用双步热处理技术，可以在保持材料的高强度和低弹性模量的情况下，提升其在室温环境下的塑性。