Ti31（Ti-Al-Mo-Zr-Ni）合金是西北有色金屬研究院設(shè)計(jì)開發(fā)的一種中強(qiáng)近α型鈦合金，與同等強(qiáng)度 的鈦合金相比，具有明顯高的塑韌性、中溫?zé)釓?qiáng)性、高溫持久性以及良好的耐蝕性與可焊性[1，2]。然而 Ni元素在鈦合金中屬于快共析元素，在冷卻過程中會析出Ti2Ni硬脆相，顯著降低材料的力學(xué)性能，尤其 是材料的沖擊性能[3，4]。針對大規(guī)格
Ti31鍛件，由于其心部冷速較低，往往會在晶界上析出大量連續(xù)的Ti2Ni相，使得材料的沖擊性能明 顯下降。本文通過采用水冷+低溫去應(yīng)力的退火方式，采用不同的固溶溫度、去應(yīng)力退火溫度、去應(yīng)力退 火時間，研究分析了水冷+低溫去應(yīng)力退火對Ti31合金沖擊性能的影響，并進(jìn)一步對于φ400×mm235mm鍛 件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
1、試驗(yàn)材料與方法
實(shí)驗(yàn)用材料為西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Ti31鍛件，該合金經(jīng)VAR三次熔煉，并通過多火次墩拔 成型，其實(shí)測成分為Ti-2.90Al-1.06Mo-0.54Ni-1.68Zr，相變點(diǎn)為935℃~940℃。選擇對該批次鍛件進(jìn)行 不同制度的熱處理，熱處理參數(shù)詳見表1。隨后對其分別進(jìn)行室溫沖擊測試以及SEM分析，其中室溫沖擊 按照HB5144-1996《金屬室溫沖擊試驗(yàn)方法》進(jìn)行，其中每種熱處理制度取三組試樣測試，采用V型缺口 ；SEM分析采用JSM-6460型號鎢燈絲掃描電鏡。
2、試驗(yàn)結(jié)果及討論
2.1溫度對Ti31合金沖擊性能的影響
圖1給出了不同的固溶溫度以及去應(yīng)力退火溫度對Ti31合金沖擊吸收功的影響。從圖1可以看出， 在該種熱處理路線下，固溶溫度對于合金的沖擊性能幾乎沒有影響，而去應(yīng)力退火對沖擊吸收功的影響很大 。當(dāng)去應(yīng)力退火溫度由450℃升至600℃時，合金的沖擊吸收功降低了約有20J。這是由于當(dāng)退火溫度超過 550℃后，Ti31合金內(nèi)部的晶界析出物開始明顯增加，尺寸也逐步增加，最終成為連續(xù)狀態(tài)[4]。
這種在晶界處形成的Ti2Ni硬脆相會顯著降低沖擊失效過程中的裂紋萌生能，并進(jìn)而損害到?jīng)_擊性能 。
2.2去應(yīng)力退火時間對Ti31合金沖擊性能的影響
圖2給出了不同的去應(yīng)力退火時間對Ti31合金沖擊吸收功的影響。從圖2可以看出，去應(yīng)力退火時 間對于Ti31合金的沖擊性能影響較小。說明在450℃長時間保溫，Ti2Ni并不會發(fā)生聚集長大現(xiàn)象。這是由于Ti2Ni相的形成屬于共析反應(yīng)，需要元素的擴(kuò)散。而在低溫條件 下，元素?cái)U(kuò)散的驅(qū)動力受到抑制，Ti2Ni相難以進(jìn)一步長大。
2.3對大規(guī)格Ti31鍛件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
對規(guī)格為φ400mm235mm的Ti31鍛件采用890℃1h/WQ+450℃4h/AC熱處理，其邊部與心部的 沖擊吸收功如表2所示，表2也給出了相同規(guī)格鍛件經(jīng)普通退火后的沖擊吸收功。從表2可以看出，經(jīng) 過水冷+低溫去應(yīng)力退火后的合金沖擊性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通退火態(tài)，并且心部沖擊性能略低于邊部。
圖3給出了Ti31合金經(jīng)水冷+低溫去應(yīng)力退火之后邊部、心部以及普通退火態(tài)的SEM照片。從圖 3可以看出，經(jīng)水冷+低溫去應(yīng)力退火后，邊部組織晶粒要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通退火態(tài)，而心部組織要略微大于普通退火態(tài)。從沖擊吸收功的對比來看，說明此時晶粒大小并不是影響沖 擊性能的決定因素。
圖4給出了退火態(tài)組織的EDS分析，其晶界Ni含量分別為：2.56wt%、5.05wt、8.42wt%。從EDS 分析結(jié)果來看，大鍛件普通退火態(tài)組織晶界處Ni含量最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于宏觀成分0.54wt%，對應(yīng)著最低的沖擊吸收功，說明晶界處高的富Ni區(qū)是導(dǎo)致沖擊吸收功降低的主要 因素。
3、結(jié)論
（1）水冷+低溫處理時，固溶溫度對Ti31合金沖擊性能影響不明顯；而隨著去應(yīng)力退火溫度的升 高，合金的沖擊吸收功顯著降低。
（2）水冷+低溫去應(yīng)力退火的熱處理方式有利于改善大規(guī)格Ti31合金的沖擊性能。
參考文獻(xiàn)：
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