楊碧蕓，雷 楊，陳 肖

（西部鈦業(yè)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710201）

Gr.11鈦合金板材具有焊接性能好、硬度高、耐溫性能好、成形效果好等優(yōu)勢(shì)，在我國航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，促進(jìn)了我國高科技技術(shù)的快速發(fā)展。本文所選鈦合金屬于一種中等強(qiáng)度的鈦合金，屬于α+β型鈦合金，因其性能良好而廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)安定面、機(jī)翼等構(gòu)件[1，2]。雖然說該鈦合金具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，并取得了較為顯著的成效，但是在熱處理方面還存在一些問題，使得鈦合金板材的組織和硬度變化較大。

基于此，本文以該鈦合金為研究對(duì)象，分析退火溫度對(duì)鈦合金板材顯微組織以及硬度的影響。

1 試驗(yàn)原材料及過程

本文試驗(yàn)所選的材料為二次真空自耗電弧爐熔煉的Gr.11鈦合金材料，經(jīng)過熱軋?zhí)幚砗笾苽涑?mm厚的鈦合金板材，將其進(jìn)一步制作成20mm×10mm×1mm的板材若干個(gè)。通過金相法獲得該類型鈦合金的相變點(diǎn)為955℃。將樣材分成4組進(jìn)行退火試驗(yàn)，退火溫度分別設(shè)置為750℃、720℃、690℃和660℃，保溫1h后空冷處理，分別該鈦合金的顯微組織和硬度進(jìn)行對(duì)比研究。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 顯微組織特征

分別對(duì)鈦合金板材進(jìn)行750℃、720℃、690℃和660℃的退火試驗(yàn)，保溫1h空冷后觀察不同對(duì)照組板材顯微組織變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果顯示：在660℃和690℃退火試驗(yàn)組中，鈦合金板材的顯微組織變化差異較大，雖然鏡下均為α+β相的雙相組織，但是α相和β相的含量差異較大，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因在于退火溫度逐漸升高，對(duì)鈦合金板材中的細(xì)小組織影響較大，即次生的α相逐漸消融，而晶粒較為粗大的α相則繼續(xù)存在并逐漸緩慢生長，導(dǎo)致退火溫度從660℃至690℃時(shí)顯微組織變化較大。當(dāng)退火溫度升至720℃時(shí)，此時(shí)的顯微組織存在明顯的變化，與早期變化相差較大，即次生α相不再是消融而是逐漸生長，多生長成鏈狀或者短棒狀結(jié)構(gòu)，并且β相也逐漸生長，逐漸將晶界上的α相吞并，使得晶粒呈不規(guī)則狀[3]。當(dāng)退火溫度逐漸升高至750℃時(shí)，退火試驗(yàn)鈦合金板材中的顯微組織由β相向α相轉(zhuǎn)化，β相含量明顯降低，而α相含量逐漸升高并且持續(xù)生長，逐漸開始出現(xiàn)片狀組織結(jié)構(gòu)。綜上所述，隨著退火溫度的逐漸升高，鈦合金板材中的α相和β相含量和形態(tài)發(fā)生了較明顯的改變，當(dāng)退火溫度較低時(shí)，次生α相消融，隨著退火溫度的逐漸升高，α相逐漸生長，而β相含量逐漸降低。

2.2 板材硬度變化特征

分別對(duì)鈦合金板材進(jìn)行750℃、720℃、690℃和660℃的退火試驗(yàn)，保溫1h空冷后觀察不同對(duì)照組板材的硬度變化特征。本次試驗(yàn)采用HVS-10型數(shù)顯小負(fù)荷維氏硬度測(cè)定實(shí)驗(yàn)組板材的硬度。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過程中，為了提高數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，每個(gè)樣材中選取3個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度統(tǒng)計(jì)，最后求得3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值代表該樣材的最終硬度。

在660℃×1h條件下板材的最終硬度為266，在690℃×1h條件下板材的最終硬度為258，在720℃×1h條件下板材的最終硬度為245，在750℃×1h條件下板材的最終硬度為253。

通過硬度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，退火溫度對(duì)鈦合金板材的硬度具有一定的影響，這可能與退火溫度較差不大有一定關(guān)系。雖然說退火溫度對(duì)鈦合金板材硬度的影響不太明顯，但總體上硬度差異與鈦合金板材的顯微組織變化相吻合，即二者之間存在一定的變化規(guī)律。

當(dāng)退火溫度在660℃左右時(shí)，鈦合金板材中存在較多的次生α相，鈦合金板材的硬度較高；當(dāng)退火溫度逐漸升高至690℃時(shí)，鈦合金板材中的次生α相逐漸消融，α相持續(xù)存在并生長，此時(shí)鈦合金板材的硬度相對(duì)較低；當(dāng)退火溫度升高至720℃時(shí)，次生α相持續(xù)生長，β相也隨之生長，此時(shí)鈦合金板材的硬度最低；當(dāng)退火溫度升高至750℃時(shí)，β相向α相轉(zhuǎn)化，此時(shí)鈦合金板材的硬度略有增加。綜上所述，鈦合金板材的硬度與顯微組織中次生α相、α相和β相的相對(duì)含量關(guān)系較大。

2.3 力學(xué)性能的變化特征

通過不同實(shí)驗(yàn)組的退火試驗(yàn)顯示，在660℃和720℃之間進(jìn)行退火試驗(yàn)時(shí)，鈦合金板材的抗拉強(qiáng)度總體變化不大，僅在690℃時(shí)略有降低。

總體上鈦合金板材的抗拉強(qiáng)度與熱軋?zhí)幚磉^程中板材的抗拉強(qiáng)度基本一致，而鈦合金板材的生長率和屈服強(qiáng)度隨著退火試驗(yàn)溫度的逐漸升高而呈升高變化趨勢(shì)。當(dāng)退火溫度由720℃逐漸升高至750℃時(shí)，鈦合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度也隨之相對(duì)升高，但是鈦合金板材的生長率逐漸降低。當(dāng)退火溫度超過750℃時(shí)，鈦合金板材在拉伸試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了脆斷現(xiàn)象。

綜上所述，退火溫度的變化對(duì)鈦合金b板材的力學(xué)性能影響較大。

3 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)退火溫度由660℃向750℃變化時(shí)，鈦合金板材的顯微組織和硬度不斷變化，在660℃時(shí)次生的α相逐漸消融，較為粗大的α相繼續(xù)存在并緩慢生長；隨著溫度的逐漸升高，比較粗大的α相繼續(xù)緩慢生長并形成鏈狀或者短棒狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)β相也逐漸升高，并逐漸吞并晶界上的α相而呈不規(guī)則狀，最后形成片狀的α相。退火溫度對(duì)鈦合金板材硬度的影響較小，隨著退火溫度的逐漸升高呈先降后升的變化規(guī)律，且在660℃時(shí)鈦合金板材的硬度最高，在720℃時(shí)鈦合金板材的硬度最低。本文通過退火試驗(yàn)對(duì)鈦合金板材的顯微組織和硬度進(jìn)行了研究，其研究成果有助于進(jìn)一步分析該類鈦合金板材的鍛造工藝和力學(xué)性能，為更好地推廣使用該材料提供幫助。