热处理对一种新型β钛合金显微组织和力学性能的影响

热处理对一种新型β钛合金显微组织和力学性能的影响

在钛合金中，由于β钛合金具有高的比强度且强度与断裂韧性匹配良好等优点，引起了人们极大的关注，成为了航空航天领域最具应用前景的材料之一。经过了十多年的研究和应用，β钛合金已快速进入航空航天领域并形成了一定的规模。由于时效析出的α相细小，使得β钛合金的强度很高，但塑性较差。例如，第一个商业化的应用是洛克希德公司SR－71“黑鸟”飞机的 β钛合金锻件 Ti-13V-11Cr-3Al，其抗拉强度达1 240 MPa，但延伸率仅有2%，目前已被β－C合金所替代。另一个典型的β钛合金是Timetal 555，主要被应用于制造起落架用的钛合金锻件和紧固件，其抗拉强度高达1 517 MPa，但塑性很差。β钛合金的强度和塑性强烈地取决于显微组织的结构和形貌特征。时效产生的次生α相弥散的分布于原始β基体上，会阻碍位错的增殖和滑移而起到强化作用，其强度的大小取决于次生α相的尺寸和体积分数，而塑性的大小则取决于初生α相的形貌特征。

本研究针对一种新型β钛合金Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe，将该合金分别在(α+β)两相区和β单相区进行固溶处理，然后再在440、480、520、560℃进行8 h的时效处理。研究结果表明:Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金在(α+β)两相区固溶后再进行时效处理，晶界处析出的初生α相会阻碍β晶粒的长大;相反，当固溶温度迅速升高至β转变点以上温度后，β晶粒会迅速长大。在时效处理过程中，时效析出的次生α相的尺寸大小和体积分数对时效温度十分敏感。时效温度越高，次生α相的尺寸越大，而体积分数则越小。另外，合金的强度对时效析出的次生α相的尺寸和体积分数也十分敏感。无论是在β单相区还是(α+β)两相区固溶后，当在较低的温度440℃进行8 h时效处理后，其抗拉强度可达1 600 MPa，对显微组织的观察发现，此时的细小次生α相弥散分布于β基体上。β晶界处析出的α相会造成合金内部局部应力集中而引发晶间脆断，这也是该合金强度很高、塑性很低的主要原因之一。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.03.013

程军摘译自《Materials＆Design》