锻件组织不均匀性对新型近β钛合金组织与力学性能的影响

第28卷第1期中国有色金属学报2018年1月V olume 28 Number 1The Chinese Journal of Nonferrous Metals January 2018 DOI：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.01.11

锻件组织不均匀性对新型近β钛合金

组织与力学性能的影响

陈强1，王庆娟1，王鼎春2，刘继雄2，李强1，周晓1，梁博1

(1. 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安710055；

2. 宝钛集团有限公司研究院，宝鸡721014)

摘要：研究一种新型β钛合金在两相区锻造后，边部、1/2R、心部组织的不均匀性对后续热处理组织性能的影响。结果表明：合金经750 ℃固溶后，3个位置组织中的初生α相分布不同，经800 ℃固溶后，β相发生不同程度的再结晶。合金经750 ℃+(510 ℃，8 h)固溶时效后，边部和1/2R处的组织出现“β斑”现象；合金经800 ℃+ 510 ℃，8 h固溶时效后，1/2R处和心部次生α相的析出存在明显的不均匀性。时效过程中组织的不均匀性导致合金3个位置强度和断裂韧性各不相同。在(750 ℃，0.5 h，AC)+(510 ℃，8 h，AC)固溶时效条件下，合金1/2R 处的综合性能实现了高强高韧的良好匹配。

关键词：β钛合金；两相区锻造；不均匀性；析出相；高强高韧

文章编号：1004-0609(2018)-01-0087-10中图分类号：TG146.2文献标志码：A

钛合金具有比强度高、抗疲劳性好、抗蚀性能优异、耐高温、无磁无毒、弹性模量低等特点，被广泛地应用于航空航天、海洋工程、生物医用等领域，享有“太空金属”和“海洋金属”的美誉[1?5]。钛合金最早的大规模应用于航空航天领域，目前已经发展成为航空航天飞行器的主要结构材料之一，随着新一代航空航天飞行器向着高速?大型?结构复杂?低燃油的方向发展，在设计中要求使用综合性能优异的轻质材料。β型钛合金易锻造，冷热加工性能良好，与其他两类钛合金相比具有最高的比强度，在航空航天用大型锻件有着广阔的应用前景[6?8]。在实际的生产使用过程中，β钛合金仍存在着许多问题，一方面，合金中含有大量的合金元素，在熔炼过程中，易出现元素的偏析，尤其是Fe元素的偏析形成的“β斑”，这种“β斑”还可能在锻造和热处理过程中产生，严重影响着合金组织性能[9]；另一方面，高价的Mo、V等元素使得合金的生产成本增加，高浓度的合金元素也给合金的机加工带来了一定的困难。尽管β钛合金的强度很高，但其塑性较低，断裂韧性值普遍低于α+β型钛合金[10?11]，合金的强韧性匹配较差，许多合金只能满足超高强钛合金[12]的标准而无法达到高强高韧钛合金的标准[13]。

钛合金的组织性能与加工工艺之间有着密切的联系，通过不同的热机械处理能显著提高合金的性能[14?15]。王涛等[16]对TG6合金热模锻件的研究发现，形变过程中β→α相变和微区变形的不均匀会导致合金锻件组织的不均匀性，且这种组织的不均匀性不能通过热处理制度被彻底消除。费跃等[17]研究了不同锻造工艺对Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金组织和性能的影响，结果表明合金经两相区锻造后获得双态组织，合金的强度和塑性较高，断裂韧性较低；通过准β锻造可获得网篮组织，合金的强度和塑性较低，断裂韧性较高。XU等[18]发现，Beta C合金在动态结晶区变形后，可通过适当的热处理工艺对组织进行优化。李东等[19]对Ti-Al-Fe-V-Cr-Zr系合金的研究表明，合金在两相区锻造后，经(790 ℃，1 h，AC)+(550 ℃，2 h，AC)固溶时效处理，抗拉强度和伸长率分别为1273 MPa 和11.0%，断裂韧性达83.8 MPa?m1/2，具有良好的强韧性匹配。本文作者研究了Ti-Al-V-Mo-Cr-Zr-Nb-Fe 系新型钛合金d 180 mm锻棒的组织性能，分析讨论了热处理工艺对d 180 mm锻棒边部、1/2R和心部组织性能的影响，为该合金在航空航天大型锻件的生产应用提供一定的参考。

基金项目：陕西省工业科技攻关资助项目(2016GY-207)；陕西省教育厅服务地方专项计划项目(14JF013) 收稿日期：2016-07-15；修订日期：2017-04-20

通信作者：王庆娟，教授，博士；电话：139********；

E-mail: jiandawqj@https://www.wendangku.net/doc/ea7817976.html, 万方数据