时效温度对TC18钛合金组织性能的影响

乔恩利，冯永琦，李渭清，李小燕，杨军梅

(宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 721014)

TC18(BT22)钛合金是前苏联20世纪70年代研制的一种近β型钛合金,兼有α+β和β钛合金的性能特征。在退火及固溶时效状态下均可使用,是退火状态下强度最高的合金[2],并且具有较好的强韧性匹配。良好的淬透性、锻透性和可焊接性等综合优势,使得该合金可制成锻件、模锻件、棒材等,尤其可用来制造大型锻件和模锻件。该合金在伊尔76等飞机上获得了大量应用。

本文通过对TC18(BT22)钛合金铸锭经β区开坯，两相区锻造至Φ25mm精锻棒材，经过相同热处理制度进行固溶处理后的同一棒材，采用不同的温度进行时效处理。通过对处理后所得到棒材显微组织和性能进行对比分析，找出不同时效温度对该合金的显微组织和力学性能的影响规律[3]。

1 实验材料及实验方法

实验材料采用宝钛集团有限公司真空自耗电弧炉熔炼的3000kg铸锭，其主要化学成分为(质量分数，%)：Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，(α+β)/β转变温度为860～870℃。通过将该铸锭在3150t水压机上开坯、中间锻造，再经精锻机锻造至Φ25mm规格棒材，对该棒材在同一固溶制度下进行热处理后，采用500℃、530℃、560℃、590℃、620℃、650℃六种不同的温度进行时效处理。对处理后所得显微组织和力学性能进行对比分析。

2 实验结果与分析讨论

2.1 时效温度对显微组织的影响

通过对实验材料采用835℃/保2h，炉冷至750℃/2h，空冷的热处理制度进行固溶处理后，采用六种不同温度进行时效处理，所得显微组织分别如图1所示。从显微组织上可以发现，采用上述热处理制度后所得六种显微组织均为均匀细小的等轴组织，但随时效温度的升高，其初生α相含量有所变化，特别是当时效温度高于560℃时，其初生α相含量明显增多。

图1 不同时效温度所得显微组织

2.2 时效温度对力学性能的影响

通过对实验材料采用835℃/保2h，炉冷至750℃/2h，空冷的热处理制度进行固溶处理后，采用六种不同温度进行时效处理，不同时效温度所得力学性能如表1所示。鉴于时效温度变化范围取值大，因此对时效温度与力学性能的关系做了进一步分析研究。通过研究可以发现：随着时效温度的升高，材料的强度指标基本按线性降低，塑性按线性升高。冲击韧性总体呈升高趋势，但在530℃至560℃时有突变。对所得各种力学性能指标做对比曲线如图2所示。

表1 不同时效温度所得力学性能

图2 不同时效温度所得力学性能对比

3 结论

1)随着时效温度的升高，显微组织中初生α相含量相应增加；

2)随着时效温度的升高，强度按线性降低，塑性按线性升高；

3)随着时效温度的升高，冲击韧性总体呈升高趋势，但在530℃至560℃时有突变。

[1] 李青云. 稀有金属材料加工手册[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1984.

[2] 沙爱学, 王庆如, 李兴无. 高强度结构钛合金[J]. 稀有金属, 2004，28，(1)，54-58。

[3] 官杰, 刘建荣, 雷家峰, 刘羽寅. TC18钛合金的组织和性能与热处理制度的关系[J]. 材料研究学报, 2009，23(1)77-82.