楊亞飛

南方泵業(yè)智水（杭州）科技有限公司 浙江杭州 311113

1 熱處理試驗(yàn)

1.1 材料

試驗(yàn)材料選用Φ6mm棒材，通過(guò)金相分析法測(cè)得試驗(yàn)鑄錠的相變點(diǎn)為860℃-865℃。

1.2 熱處理工藝及結(jié)果

本試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GJB3763A—2004《鈦及鈦合金熱處理》制定了TC16成品棒材相應(yīng)的熱處理試驗(yàn)工藝，見(jiàn)表1。從表1中可以看出：本試驗(yàn)制定了4份退火工藝，共2類(lèi)（普通退火、雙重退火），根據(jù)鈦及鈦合金緊固件力學(xué)性能測(cè)試取樣要求，每份工藝試樣為5組。對(duì)根據(jù)表1熱處理工藝熱處理后的試樣進(jìn)行了力學(xué)性能及工藝性能的測(cè)試，其結(jié)果如表2所示。

由表2可知：780℃保溫2h后空冷的熱處理工藝中，所測(cè)試的5組力學(xué)性能中有3組抗拉強(qiáng)度Rm不能滿(mǎn)足產(chǎn)品性能要求，且在測(cè)試?yán)漤斿懝に囆阅軙r(shí)，均產(chǎn)生開(kāi)裂；780℃保溫2h隨爐冷至550℃后空冷的熱處理工藝中有3組斷面收縮率Z低于產(chǎn)品性能要求；另外的兩份退火工藝中，其力學(xué)性能均滿(mǎn)足要求。對(duì)比滿(mǎn)足要求的兩份退火工藝，雙重退火的Rm值平均高76MPa，Z值較穩(wěn)定且略高1%，冷頂鍛工藝性能均合格[1]。因此，從力學(xué)性能是否能夠滿(mǎn)足要求的角度來(lái)看：我們可以選擇出780℃保溫2h，爐冷至500℃后空冷熱處理工藝及780℃保溫2h，空冷，再在630℃保溫4h，空冷的熱處理工藝較適合產(chǎn)品要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

表1 TC16棒材退火工藝

表2 TC16棒材退火態(tài)力學(xué)性能

圖1 TC16棒材各種退火狀態(tài)下的顯微組織

TC16棒材各種退火狀態(tài)下的顯微組織如圖1所示。眾所周知，α+β兩相合金和亞穩(wěn)定β型鈦合金退火時(shí)除再結(jié)晶過(guò)程外還可能發(fā)生與相變有關(guān)的組織性能的變化，TC16這種β穩(wěn)定元素含量較高的鈦合金的顯微組織一般都呈多邊形化。

觀察圖1（a）-圖1（d）顯微組織，可以發(fā)現(xiàn)在相同的退火溫度下保溫相同的時(shí)間后，僅僅是由于熱處理工藝中的冷卻方式發(fā)生變化，而導(dǎo)致4種熱處理工藝下的顯微組織產(chǎn)生了不同之處；比較4種金相圖發(fā)現(xiàn)，圖1（c）、圖1（d）的α相含量較圖1（a）、圖1（b）的金相組織中α相含量多，同時(shí)可以注意到，圖1（d）中的α相和β相分布更加彌散。結(jié)合表2可知：采用隨爐冷卻到一定溫度后再空冷的冷卻方式，材料力學(xué)性能的穩(wěn)定性較好。這一現(xiàn)象與相關(guān)資料研究得到的結(jié)論相吻合，以2℃/min-4℃/min的速度爐冷時(shí)，可以得到相當(dāng)穩(wěn)定的α+β組織。至于各工藝之間機(jī)械性能存在高低不等的差異，這與其他的兩相合金一樣，在冷卻方式發(fā)生變化后，TC16鈦合金中α相和β相的分布比例會(huì)產(chǎn)生變化，從而引起材料機(jī)械性能的變化[2]。

雙重退火的第一階段中組織及相組成的特點(diǎn)如上所述，在空冷過(guò)程中沒(méi)有分解的亞穩(wěn)定β相在第二階段繼續(xù)并完全分解，亞穩(wěn)定β相的分解方式可以簡(jiǎn)單地表示為：β亞穩(wěn)定→β亞穩(wěn)定+α→β+α。這個(gè)過(guò)程在電子金相研究中可以被觀察到，最終的顯微組織如圖1（d）所示，具有更加彌散的α相組織且其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于β相的含量。在表2中，雙重退火狀態(tài)下的強(qiáng)度較之其他幾種退火狀態(tài)下的要高些，這是與亞穩(wěn)定β相的分解彌散強(qiáng)化相關(guān)的；雙重退火狀態(tài)下的塑性也比較高，這與α相含量有相當(dāng)?shù)年P(guān)系，因此可以解釋在兩種退火狀態(tài)下的冷頂鍛試驗(yàn)中，空冷方式全部開(kāi)裂而雙重退火狀態(tài)下全部合格的測(cè)試結(jié)果[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）780℃保溫2h后以2℃/min-4℃/min的速度爐冷至400℃-500℃，然后在空氣中冷卻，可保證最大的塑性和最小的強(qiáng)度。

（2）780℃保溫2h后在空氣中冷卻，再在630℃保溫4h，空冷，即可保證最大的塑性和也可具有相當(dāng)高的強(qiáng)度。

（3）雙重退火可使亞穩(wěn)定β相的分解產(chǎn)生彌散強(qiáng)化，冷頂鍛測(cè)試性能全部合格。