黃杰+張玲玲+劉智宇+陳永輝+高飛+王勤波+王娟華+王紅武

摘 要： β21s鈦合金是一種具有較高強(qiáng)度且具有較高抗氧化性能的亞穩(wěn)態(tài)β型鈦合金。文章主要研究了幾種固溶處理及固溶時(shí)效處理制度對(duì)于1.0mmβ21s鈦合金板材性能的影響。結(jié)果表明，β21s經(jīng)過830℃～850℃/30min AC熱處理即可達(dá)到固溶處理效果。固溶后的β21s具有800～1000MPa的抗拉強(qiáng)度以及良好的塑性延伸率。再經(jīng)過時(shí)效處理后，β21s鈦合金板材強(qiáng)度可以達(dá)到1250MPa以上，且仍具有4%以上的延伸率。

關(guān)鍵詞：β21s；固溶溫度；固溶時(shí)效；力學(xué)性能

鈦及鈦合金具有低密度、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。β21s鈦合金的名義化學(xué)成分為 Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si ，具有優(yōu)良的冷熱加工性能和冷成型性能，而該合金是目前唯一加入Si元素的β型鈦合金，其抗氧化性能極其優(yōu)良，是常用的β型鈦合金Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn 合金的100倍。

本文著重研究β21s鈦合金的固溶處理及固溶時(shí)效處理后的性能，為該合金在后續(xù)的應(yīng)用領(lǐng)域提供了一定的技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所采用的材料是寶鈦集團(tuán)生產(chǎn)的，經(jīng)過三次真空自耗電弧爐熔煉得到的鑄錠。經(jīng)測(cè)試，其α+β/β相轉(zhuǎn)變溫度為820℃。鑄錠在經(jīng)過高溫鍛造，中間熱軋，最終由四輥可逆軋機(jī)軋出成品，成品厚度為1.0mm冷軋板材。

在成品板材上切取試樣，進(jìn)行不同的固溶時(shí)效的熱處理試驗(yàn)，固溶溫度分別為800℃/30min、830℃/30min、850℃/30min，時(shí)效溫度分別為537℃/8h AC、580℃/8h AC、593℃/8h AC、640℃/8h AC。

2 結(jié)果與討論

2.1 固溶處理后的力學(xué)性能及組織

β21s鈦合金板材經(jīng)過800℃/30min AC、830℃/30min AC、850℃/30min AC 固溶處理后的力學(xué)性能見表1：

β21s鈦合金纖維組織照片見圖1-圖3。

2.2 板材固溶結(jié)果分析

從圖1-圖3中的顯微組織和表1中的數(shù)據(jù)分析，可以得出，β21s合金板材在相變點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行固溶時(shí)，其組織晶粒僅僅只是發(fā)生回復(fù)現(xiàn)象，并未發(fā)生再結(jié)晶，依然為纖維組織，雖然強(qiáng)度有一定的降低，但塑性較軋態(tài)改善不是很大。而在相變點(diǎn)以上進(jìn)行固溶時(shí)，晶粒發(fā)生了明顯的再結(jié)晶，隨著固溶溫度的提高，晶粒長(zhǎng)大明顯。但強(qiáng)度在不同溫度固溶時(shí)，變化不是很明顯，但塑性隨著溫度的升高，增加趨勢(shì)明顯。

2.3 固溶時(shí)效后板材的力學(xué)性能

冷軋β21s板材在經(jīng)過830℃/30min AC固溶處理后再經(jīng)過時(shí)效處理。因?yàn)棣?1s鈦合金在時(shí)效溫度低于500℃時(shí)極易析出脆性相ω相，因此試驗(yàn)選的時(shí)效溫度參考國(guó)外同類產(chǎn)品要求，時(shí)效制度分別選取537℃/8h AC、580℃/8h AC、593℃/8h AC、640℃/8h AC，其測(cè)試結(jié)果見表2：

2.4 固溶時(shí)效后板材的力學(xué)性能結(jié)果分析

從表2中我們可以看出隨著時(shí)效溫度的不斷提高，β21s板材的力學(xué)性能逐步下降，而塑性不斷提高。

我們認(rèn)為β21s是亞穩(wěn)態(tài)β型鈦合金，因此我們認(rèn)為當(dāng)板材進(jìn)行時(shí)效時(shí)會(huì)令亞穩(wěn)定β相分解造成彌散強(qiáng)化，令強(qiáng)度提高塑性下降，而隨著時(shí)效溫度的不斷提高，板材晶粒逐步長(zhǎng)大，因此造成強(qiáng)度降低而塑性提高。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）β21s鈦合金在經(jīng)過830℃～850℃/30min AC的熱處理即可實(shí)現(xiàn)完全固溶處理，固溶處理后有900MPa的高強(qiáng)度及8%的延伸率，強(qiáng)度-塑性性能優(yōu)異。

（2）β21s鈦合金在固溶時(shí)效狀態(tài)下可以達(dá)到1250MPa以上的高強(qiáng)度和大于4%的延伸率，隨著時(shí)效溫度的提高，強(qiáng)度下降，塑性提高。