冷变形对BT-14钛合金组织和性能的影响

2019-07-22王文君陈猛岳希星

世界有色金属 2019年10期

王文君，陈猛，岳希星

（宝鸡钛业股份有限公司，陕西宝鸡 721014）

随着航空航天的发展，高强高韧钛合金的需求逐渐增加。BT14（Ti-4.5Al-3Mo-1V）合金是苏联于20世纪50年代研制的一种马氏体可热处理强化的高强度α+β钛合金，主要用于生产板材，与美国Ti-431（Ti-4Al-3Mo-1V）成分类似[1]。此合金具有比强度高，无磁性，耐海水及其它介质腐蚀，具有良好的焊接性能等特点，是舰船和海洋开发理想材料。

冷变形是钛合金塑形成型的一种重要手段，在室温下，利用合金的塑形，使合金发生形状变化，以获得合适的性能和组织[2]。本文主要对BT-14合金板材冷变形进行研究。通过不同的冷变形参数，对比组织和性能的变化。

2 试验材料和方案

本实验采用2次真空自耗电弧熔炼铸锭，经锻造，制备成板坯。采用热差分析法测得的合金相变点温度为（960℃）。俄罗斯标准OCT190013-71中对BT14合金化学成分要求，Al：3.5～6.3，Mo：2.5～3.8，V：0.9～1.9。此次试验原料化学成分见表1。

表1 BT-14化学成分

板坯在1200mm轧机热轧、冷轧，冷轧变形量分别为10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%。每种厚度规格热处理前、后分别进行拉伸和金相实验，观察板材显微组织和力学性能。

3 试验结果与分析

3.1 不同变形量的组织、性能变化

BT-14板材分别经10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%的变形量冷轧，随着冷轧变形量的增加，抗拉强度、屈服强度也随之增加，这是由于冷轧加工率的增加，位错密度增加，加工硬化加剧。如图1

根据图2可以看出，随着变形程度的增加，α晶粒沿着轧制方向逐渐拉长、破碎，最后完全变成纤维状。当轧制变形量10%时，合金内组织变形不均匀，组织仍为条状α扭曲交错状；当变形量20%时，合金内部组织不能完全破碎，局部有未充分变形的α晶粒，这些晶粒内的位错密度小，变形储能小，热处理后不易形核再结晶，这将影响板材组织均匀性。当轧制变形量大于30%时，合金内组织已成纤维状，晶粒破碎明显，为再结晶退火形核储备大量能量，再结晶退火后，组织均匀，等轴化明显。

图1 BT-14合金冷轧加工硬化曲线

图2 BT-14合金不同变形量的组织变化

图3 不同变形量BT-14合金经800℃热处理后力学性能

图4 不同变形量BT-14合金经800℃热处理组织

3.2 变形量对合金性能组织影响

BT-14通过不同冷轧变形量轧制，再经850℃/30′热处理的力学性能见图3，抗拉强度随着变形量的增大而降低，当变形量达到80%时，抗拉强度将至最低902Mpa。屈服强度随着变形量的增大基本变化不大。伸长率随着变形量的增大变化不明显，在16%左右波动。当变形量为10%时，屈强比约为0.86，随着变形量的增大，屈强比增大至0.92。

合金热处理后，组织变化见图4。变形组织通过回复和再结晶形成了等轴组织。当冷轧变形量在10～20%时，保留了冷轧形态组织，呈现局部拉长晶粒。这是由于轧制变形量小，形变储能小，热处理后不易形核再结晶。随着变形量的增大，晶粒破碎明显，形核储能大，再结晶退火后组织等轴化明显[3]。随着冷轧变形量的增加，热处理后的晶粒尺寸有所减小，冷轧变形量从10%增加至80%，热处理后的晶粒尺寸由1.87um减小至1.11um，这是由于冷轧变形量增加使内部组织畸变能升高，形核率和长大速率同时增加，但形核率的增长大于长达速率，使得再结晶后的晶粒变细。