王新 王娟華 李會(huì)妮

摘 要：通過(guò)優(yōu)化板材軋制工藝，可得到室溫拉伸、高溫拉伸性能良好，顯微組織均勻，晶粒極細(xì)的Ti55鈦合金超塑性板材。超塑性拉伸試驗(yàn)表明，在一定的變形溫度（920℃）與變形速率（1.33×10-3S-1）下，Ti55鈦合金板材超塑性延伸率均達(dá)到600%以上。

關(guān)鍵詞：Ti55鈦合金板材；超塑性；顯微組織；力學(xué)性能

引言

Ti55鈦合金是寶鈦集團(tuán)和中國(guó)科學(xué)院金屬研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一種在550℃長(zhǎng)時(shí)使用的近α型高溫鈦合金。隨著高溫鈦合金在航天領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，根據(jù)該合金的力學(xué)性能特點(diǎn)，Ti55鈦合金板材的短時(shí)使用溫度可達(dá)600℃。Ti55鈦合金板材規(guī)格為1.2×800×2400mm。由于該合金冷加工塑性差，冷軋軋制困難，因此板材采用包覆疊軋的方式軋制成品。軋制工藝是決定合金顯微組織和力學(xué)性能的關(guān)鍵因素[1]。通過(guò)研究軋制工藝與Ti55鈦合金板材顯微組織和力學(xué)性能之間的聯(lián)系，可為該合金板材的熱加工工藝提供依據(jù)，文章采用兩種工藝軋制Ti55鈦合金板材，研究軋制工藝對(duì)板材的顯微組織、力學(xué)性能及其超塑性性能的影響。

1 材料及試驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)用的Ti55鈦合金的名義成分為Ti-（5.0-5.4）Al-3.5Sn-3.0Zr-（1.0-1.5）Mo-0.4Ta-0.4Nb-（0.25-0.30）Si。鑄錠采用2次真空自耗爐熔煉后，經(jīng)水壓機(jī)鍛造成150mm厚度的板坯，再經(jīng)不同軋制工藝軋制成1.2×800×2400mm的成品板材。

1.2 軋制工藝

采用了兩種工藝進(jìn)行軋制，軋制工藝均為包覆疊軋，開(kāi)坯、二火及成品軋制時(shí)的加熱溫度不同，最終熱處理溫度相同，以下分別稱為工藝A、B，兩種工藝對(duì)比如表1所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 板材的顯微組織

不同軋制工藝條件下，板材的顯微組織見(jiàn)圖1所示?？梢钥闯?，由于板材軋制時(shí)在兩相區(qū)成品變形量均達(dá)到65%以上，有效地改善了變形的不均勻性，保證了成品板材的晶粒被充分破碎[2-3]，兩種工藝下板材的顯微組織均為細(xì)小的等軸晶組織。由表1可知，由于采用了低溫軋制，工藝B得到的晶粒尺寸（～5μm）明顯比工藝A的細(xì)小。此外，由于軋制時(shí)進(jìn)行了換向，板材橫向和縱向的顯微組織并沒(méi)有較明顯的差異。

2.2 板材的力學(xué)性能

不同軋制工藝條件下，Ti55鈦合金板材的室溫力學(xué)性能、高溫力學(xué)性能見(jiàn)表2和表3。通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)分析可以看出，與工藝A相比，工藝B的室溫拉伸強(qiáng)度和高溫拉伸強(qiáng)度均略低，室溫塑性相當(dāng)，但高溫塑性明顯提高。這是因?yàn)榘帛B軋工藝是在鈦板上包覆厚鋼板，在鋼板的保溫作用下，中間疊放的Ti55鈦合金薄板在軋制時(shí)可以穩(wěn)定在850℃左右進(jìn)行恒溫變形，降低了軋制溫度對(duì)力學(xué)性能的影響。同時(shí)，由于變形充分，板材不同方向的軋制織構(gòu)較弱，因此不同軋制方向的強(qiáng)度差別不大。采用工藝B軋制時(shí)，由于軋制溫度較低，得到的板材晶粒尺寸較小，在高溫拉伸變形過(guò)程中，細(xì)小的晶粒更有利于產(chǎn)生均勻的變形，因此板材的拉伸塑性較好。

2.3 超塑性性能

不同工藝條件下板材的超塑性性能如表4所示。

由表4可以看出，工藝B得到的板材的延伸率達(dá)600%以上，顯著高于工藝A。眾所周知，晶粒尺寸是影響材料超塑性的重要因素，采用工藝B可得到晶粒度極細(xì)的板材。Ti55鈦合金板材的超塑性主要是通過(guò)等軸α晶粒周圍的β相的均勻變形獲得，因此，晶粒越細(xì)小的組織，單位體積內(nèi)參與變形的β相數(shù)量越多，因而超塑性就越好[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）采用低溫軋制的工藝B進(jìn)行Ti55鈦合金超塑性板材的生產(chǎn)試制，可使成品板材的晶粒充分破碎，得到組織均勻、晶粒細(xì)小的超塑性板材。

（2）Ti55鈦合金超塑性板材的室溫和高溫力學(xué)性能優(yōu)異，同時(shí)具有良好的超塑性性能，板材的超塑性性能均可達(dá)到600%以上。

參考文獻(xiàn)

[1]徐鋒，黃愛(ài)軍，李閣平，等.熱工藝對(duì)TC6鈦合金顯微組織的影響[J].金屬學(xué)報(bào)，2002，38（增刊）：174-177.

[2]沙愛(ài)學(xué)，李興無(wú)，馬濟(jì)民，等.熱軋工藝對(duì)Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金顯微組織和拉伸性能的影響[J].金屬學(xué)報(bào)，2002，38（增刊）：183-185.

[3]王娟華，王紅武，陳志勇.Ti55鈦合金超塑性板材的顯微組織與力學(xué)性能[J].金屬學(xué)報(bào)，2010，38（增刊）：91-93.

[4]趙子博，葛敬魯，陳志勇.Ti55鈦合金板材超塑性變形行為[J].金屬學(xué)報(bào)，2010，38（增刊）：847-851.