退火溫度對TA5鈦合金厚板顯微組織和拉伸性能的影響

引言

鈦及其合金具有比強(qiáng)度高、耐熱、耐蝕性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、海洋工程等領(lǐng)域。TA5鈦合金是全α相鈦合金，名義成分為Ti-4Al-0.005B，強(qiáng)度中等、塑性較差，但焊接性能和耐蝕性能優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于船舶制造。隨著我國船舶工業(yè)的發(fā)展，TA5鈦合金厚板的用量增加、性能要求更高。目前對TA5鈦合金的研究主要是棒材和鍛件的變形工藝和熱處理工藝，對寬幅厚板的熱處理工藝研究較少。本文對TA5鈦合金厚板進(jìn)行不同溫度的退火處理，研究退火溫度對其顯微組織和室溫拉伸性能的影響，為批量生產(chǎn)提供依據(jù)。

1、試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料：試驗(yàn)用TA5鈦合金經(jīng)3次真空自耗電弧爐熔煉，鑄錠直徑為720mm，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為4.4%~4.5%Al、0.004%~0.005%B、0.23%~0.24%Fe、0.11%~0.13%O、0.006%~0.007%C和<0.001%H。鑄錠在Tβ以上溫度多火次開坯、繳拔、鍛造成350mm厚板坯，再在Tβ以下溫度一火次軋制成65mm×2300mm×L板材，板的熱軋態(tài)顯微組織主要為拉長、扭曲的α相及在熱塑性變形過程中因動態(tài)再結(jié)晶而產(chǎn)生的少量細(xì)小等軸狀α相。

退火工藝：采用6種不同的退火工藝，具體如下表1所示：

性能檢測：從65mm厚板上取樣，按上述工藝進(jìn)行退火，隨后按GJB944—2018《艦船用鈦及鈦合金板材規(guī)范》要求制備標(biāo)準(zhǔn)試樣，分別采用ZEISSAxioskop2MAT型金相顯微鏡和INSTRON電子式萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行金相檢驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)。

2、結(jié)果與分析

退火溫度對顯微組織的影響：不同溫度退火后TA5鈦合金板的α相從拉長、扭曲狀變?yōu)榈容S狀。700℃退火的板，拉長的α相晶界有大量細(xì)小的再結(jié)晶晶粒；750℃退火的板，α相晶界的細(xì)小再結(jié)晶晶粒明顯長大，且在拉長的α相晶粒內(nèi)也出現(xiàn)重結(jié)晶晶粒；800℃退火的板，受壓拉長的α相晶粒已完全再結(jié)晶，呈等軸狀；隨退火溫度升高，α相晶粒仍呈等軸狀，但尺寸明顯長大。

退火溫度對拉伸性能的影響：不同溫度退火的TA5合金板的室溫拉伸性能如下表2所示：

隨著退火溫度的升高，TA5合金板抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度約下降60MPa，斷后伸長率和斷面收縮率先升高后下降。800~850℃退火的板強(qiáng)度和塑性最佳，這與形變的拉長α相晶粒再結(jié)晶程度有關(guān)。因TA5合金板經(jīng)軋制后的再結(jié)晶溫度約為800℃，當(dāng)退火溫度低于800℃時，主要發(fā)生回復(fù)過程，隨退火溫度升高，材料的回復(fù)軟化越明顯；在800~850℃退火的板主要發(fā)生再結(jié)晶，形成細(xì)小的等軸晶粒，塑性改善；950℃退火的板α相晶粒長大，應(yīng)力集中更易在晶界發(fā)生，從而降低材料的強(qiáng)度和塑性。

3、結(jié)論

退火后，TA5鈦合金板α相形貌從拉長、扭曲狀向等軸狀轉(zhuǎn)變，在800℃左右完成再結(jié)晶，并隨著退火溫度的提高，再結(jié)晶晶粒明顯長大。

隨著退火溫度的升高，TA5合金板的室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯下降，而斷后伸長率和斷面收縮率先升高后下降，在800~850℃退火的板強(qiáng)塑性最佳。

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