隨著鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)航空航天上(shang)用(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)的不斷增(zeng)大，鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)的用(yong)(yong)(yong)量(liang)(liang)也在(zai)進一步增(zeng)加，目前世界各國(guo)在(zai)飛(fei)行器上(shang)的應用(yong)(yong)(yong)主要有兩個體系(xi)(xi)，美國(guo)等(deng)國(guo)家一般(ban)采(cai)用(yong)(yong)(yong) TC4 鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)，俄(e)羅斯采(cai)用(yong)(yong)(yong) BT16（國(guo)內(nei)相(xiang)近牌號為 TC16）鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)。TC4 屬于α+β兩相(xiang)合(he)金(jin)(jin)(jin)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)該合(he)金(jin)(jin)(jin)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)必須使用(yong)(yong)(yong)熱墩工(gong)藝，在(zai)經過真空固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)時(shi)效處(chu)理，生產成本較(jiao)(jiao)高(gao)效率較(jiao)(jiao)低，另外由于該合(he)金(jin)(jin)(jin) Kβ穩(wen)定系(xi)(xi)數(shu)只(zhi)用(yong)(yong)(yong) 0.27，淬透性(xing)差，相(xiang)應緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)尺寸也受到了限制(zhi)(zhi)(zhi)。而(er)(er) TC16鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)是一種富β相(xiang)馬氏體型(xing)α+β兩相(xiang)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)，名義成分為 Ti-3Al-5Mo-4.5V，鋁含量(liang)(liang)較(jiao)(jiao)低，β穩(wen)定元素 Mo 和 V 含量(liang)(liang)較(jiao)(jiao)多，Kβ穩(wen)定系(xi)(xi)數(shu)為 0.83，大于 TC4，退火(huo)狀態下合(he)金(jin)(jin)(jin)約有25~30%β相(xiang)，因而(er)(er)退火(huo)態具(ju)有較(jiao)(jiao)好的工(gong)藝塑性(xing)。TC16鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)(jin)具(ju)有高(gao)塑性(xing)、高(gao)強度(du)、高(gao)剪切強度(du)、良好淬透性(xing)，同時(shi)抗疲(pi)勞和焊(han)接性(xing)能好，對應力集中敏(min)感(gan)性(xing)小等(deng)優點(dian)，顯著提(ti)高(gao)了緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)的使用(yong)(yong)(yong)壽命，且該合(he)金(jin)(jin)(jin)經固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)溶(rong)(rong)時(shi)效處(chu)理后強度(du)可(ke)達 1030MPa 以(yi)上(shang)，因此(ci)該合(he)金(jin)(jin)(jin)常采(cai)用(yong)(yong)(yong)冷鐓成形(xing)方法(fa)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)螺(luo)栓(shuan)、螺(luo)釘(ding)和鉚釘(ding)緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)的加工(gong)制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)等(deng)，是制(zhi)(zhi)(zhi)造(zao)(zao)航空緊(jin)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)件(jian)(jian)最理想的材料之(zhi)一[1，2]。

熱處(chu)(chu)理工(gong)藝是保證TC16鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)棒(bang)材工(gong)藝性(xing)能(neng)的(de)重要(yao)因素，也是TCl6鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)高性(xing)能(neng)的(de)保證。本文分析(xi)了不(bu)同固溶溫度和(he)時效(xiao)溫度下 TC16鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)型材的(de)顯微組織，并通過室溫力學(xue)性(xing)能(neng)試驗，測(ce)試了不(bu)同固溶和(he)時效(xiao)處(chu)(chu)理對(dui) TC16鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)型材強度和(he)塑性(xing)的(de)影響規律。

1 、實驗材料及方法

實驗(yan)材(cai)料選用規格為新(xin)疆湘潤(run)新(xin)材(cai)料科(ke)技有限公(gong)司S8mm 的(de) TC16鈦(tai)合(he)金六角棒。該棒材(cai)選用小顆粒 0 級海綿鈦(tai)，由真空(kong)自耗電弧爐3次熔煉為 Φ720mm 鑄錠(ding)，經β相 區開坯、α+β兩相區鍛造、兩火次熱軋、冷軋等工(gong)序后獲得。鈦(tai)合(he)金相變(bian)點(dian)指(zhi)的(de)是(shi)熱加工(gong)過程中(zhong)α+β兩相組織向β相轉變(bian)的(de)過程，是(shi)制定熱處理工(gong)藝的(de)重要(yao)依據(ju)[3]，通過金 相法測(ce)得其相變(bian)點(dian)為 875℃。其化(hua)學成分如表 1 所示(shi)。

研究表明，退火處理可以使 TC16鈦合金棒材獲得較低的強度和很高的塑性[4]，顯著降低冷軋和冷鐓變形抗力，在熱軋后進行了退火消除殘余應力，軟化合金，改善綜合性能，采用的退火制度為 780℃ 2h.FC 至 580℃ .AC。對 TC16合金冷軋后的六角棒取樣，按照表 2 所定的固溶 + 時效熱處理方案進行熱處理，然后加工成為試樣，采用 Olympus Pmg3 金相顯微鏡進行顯微組織觀察，通過 Instron 拉伸試驗機按照 GB/T228 金屬室溫拉伸試驗方法測試其室溫拉伸性能。拉伸試樣采用 R7 的標準拉伸試樣。金相腐蝕劑采用 ：HF ：HNO₃ ：H₂O=1 ：3 ：7 配比(bi)溶液。

2、 實驗結果和討論

2.1 熱處(chu)理對 TC16鈦(tai)合(he)金棒材顯微組(zu)織的影響TC16鈦(tai)合(he)金棒材熱軋(ya)后(hou)進行退火(huo)處(chu)理，退火(huo)制(zhi)度為 ：780℃保溫 2h 后(hou)開始(shi)以 2~4℃ /min 爐(lu)冷(leng)降溫至 580℃ 后(hou)空(kong)冷(leng)，取樣(yang)觀察其(qi)組(zu)織如圖 1 所示(shi)，為均勻(yun)的α+β兩相(xiang)(xiang)組(zu)織，組(zu)織由初(chu)生α 相(xiang)(xiang)、細小的次生α 相(xiang)(xiang)以及β相(xiang)(xiang)組(zu)成，晶粒尺寸較小。

圖(tu) 2 為 TC16 鈦 合(he) 金 六(liu) 角 棒 在 不 同 溫 度 固(gu) 溶(rong)(rong) 經(jing)570℃ /8h，AC 時效后的(de)顯微(wei)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)照片(pian)。由(you)圖(tu) 1 可(ke)見看(kan)出，經(jing)α+β兩相(xiang)(xiang)區固(gu)溶(rong)(rong) + 時效處理(li)后，棒材的(de)的(de)顯微(wei)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)為均(jun)    勻細小的(de)等軸組(zu)(zu)(zu)織(zhi)。隨著(zhu)固(gu)溶(rong)(rong)溫度的(de)升高(gao)，初生(sheng)α 相(xiang)(xiang)晶粒尺寸略有有長大，初生(sheng)α 相(xiang)(xiang)不斷溶(rong)(rong)解(jie)、減少，初生(sheng)α 相(xiang)(xiang)含量(liang)由(you) 760℃固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de) 37.5% 左右，降低(di)到 840℃固(gu)溶(rong)(rong)處理(li)的(de)14.5% 左右，在 820℃以(yi)上β相(xiang)(xiang)區產(chan)生(sheng) a" 馬(ma)氏(shi)體(ti)。試樣在820℃以(yi)下(xia)固(gu)溶(rong)(rong)時，顯微(wei)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)為初生(sheng)α 相(xiang)(xiang)和亞穩(wen)(wen)(wen)定β相(xiang)(xiang)組(zu)(zu)(zu)成(cheng)(cheng)，固(gu)溶(rong)(rong)穩(wen)(wen)(wen)定達(da)到 820℃時，亞穩(wen)(wen)(wen)態β相(xiang)(xiang)不能穩(wen)(wen)(wen)定下(xia)來，在水介質中(zhong)的(de)快速冷卻過程中(zhong)，產(chan)生(sheng) a" 馬(ma)氏(shi)體(ti)轉變，組(zu)(zu)(zu)織(zhi)內(nei)部開始出現 a" 馬(ma)氏(shi)體(ti)，隨著(zhu)溫度升高(gao)，在 840℃時，亞穩(wen)(wen)(wen)態β相(xiang)(xiang)大量(liang)轉化成(cheng)(cheng) a" 馬(ma)氏(shi)體(ti)[5]。

圖 3 是 TC16鈦合金六角(jiao)棒(bang)在 800℃ /2h，WC 固溶處理(li)后(hou)在不同時效溫(wen)度下的(de)(de)顯(xian)微(wei)組(zu)(zu)織(zhi)照片。由(you)圖 3 可以看出，經α+β兩相區(qu)固溶 + 時效處理(li)后(hou)，棒(bang)材(cai)的(de)(de)顯(xian)微(wei)組(zu)(zu)織(zhi)為均(jun)勻 細(xi)小的(de)(de)等(deng)軸組(zu)(zu)織(zhi)，但(dan)隨著時效溫(wen)度的(de)(de)升(sheng)高(gao)，有彌散顆粒(li)析出，初生(sheng)α 相晶粒(li)尺寸(cun)較小，在 570℃時初生(sheng)α 含量最大，由(you)550℃時效處理(li)的(de)(de) 31.2% 增加到 570℃的(de)(de) 37.9%，整體(ti)變化幅度不大。

2.2 熱處(chu)理對 TC16鈦(tai)合(he)金棒材(cai)力學(xue)性能的影響

固溶(rong)(rong)溫度對 TC16鈦合金棒材性能的(de)(de)影響見圖 4，隨著(zhu)固溶(rong)(rong)溫度的(de)(de)升(sheng)高(gao)，抗(kang)拉(la)強度 Rm 和(he)屈(qu)服強度 Rp0.2 均先(xian)降(jiang)后升(sheng)，在(zai)固溶(rong)(rong)溫度為 780℃時(shi)出現低(di)谷(gu)，延伸率和(he)斷面收縮率 先(xian)升(sheng)后降(jiang)，在(zai) 780℃ ~800℃時(shi)達到最高(gao)值，在(zai) 840℃時(shi)降(jiang)低(di)較為明顯。選擇 800℃作為固溶(rong)(rong)熱處理制度時(shi)，可以保證強度和(he)塑形的(de)(de)良好匹配。

時(shi)(shi)效溫度(du)(du)對TC16鈦合(he)金棒材性(xing)(xing)能的(de)影響見圖5，隨著時(shi)(shi)效溫度(du)(du)的(de)升高(gao)(gao)(gao)，抗拉強(qiang)度(du)(du) Rm 和屈(qu)服強(qiang)度(du)(du) Rp0.2 下(xia)降(jiang)，延伸率 A 和斷(duan)面收縮(suo)率 Z 略有提(ti)高(gao)(gao)(gao)，變化幅(fu)度(du)(du)不(bu)大。主(zhu)要(yao)是因 為時(shi)(shi)效時(shi)(shi)有彌散(san)(san)顆粒析出，溫度(du)(du)較(jiao)低(di)時(shi)(shi)，顆粒尺寸較(jiao)小而分散(san)(san)度(du)(du)大，此時(shi)(shi)合(he)金的(de)強(qiang)度(du)(du)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)，而塑(su)性(xing)(xing)偏低(di)，隨著時(shi)(shi)效溫度(du)(du)的(de)提(ti)高(gao)(gao)(gao)析出顆粒逐(zhu)步(bu)長大，合(he)金的(de)強(qiang)度(du)(du)就(jiu)逐(zhu)步(bu)降(jiang)低(di)，而塑(su)性(xing)(xing) 則(ze)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)(gao)(gao)，因此在 570℃附近時(shi)(shi)效，則(ze)可以(yi)在保證塑(su)性(xing)(xing)的(de)同時(shi)(shi)有較(jiao)高(gao)(gao)(gao)的(de)強(qiang)度(du)(du)。

3 、結論

（1）隨著固溶溫(wen)度的升(sheng)高，抗(kang)拉強(qiang)度和屈服強(qiang)度均先(xian)降(jiang)后升(sheng)，在(zai)固溶溫(wen)度為 800℃時出現(xian)低(di)谷，在(zai) 780℃ ~800℃時達到(dao)最高值(zhi)，斷面收縮(suo)率(lv)，變化(hua)不大，在(zai) 840℃時略有降(jiang)低(di)。

（2）隨(sui)著時效溫度(du)的(de)提(ti)高，抗(kang)拉(la)強度(du)Rm和屈服強度(du)Rp0.2有所(suo)下降，延伸率(lv) A 和斷面收(shou)縮率(lv) Z 略(lve)有提(ti)高，但(dan)總的(de)變化幅(fu)度(du)不大。

（3）根據上(shang)述實驗，綜(zong)合(he)組織觀(guan)察與(yu)性能檢測的(de)結果，選擇 800℃ /2h，WC+580℃ /8h，AC 的(de)制度進行(xing)熱處理，可以(yi)得到(dao)強塑性匹配較好的(de)棒材。

參考文獻：

[1]劉(liu)全明(ming)，張(zhang)朝(chao)暉，劉(liu)世(shi)峰，等 . 航空緊固(gu)件用鈦(tai)合金 TC16 研(yan)究與發展[J]. 熱加(jia)工工藝(yi) ,2014,43(4):s17-s19.

[2]陳石卿(qing) . 鮑利索娃 E A．鈦合金金相學 [M]. 譯 . 北(bei)京(jing) : 國防工業(ye)出版社 .1986:272-357．

[3]王(wang)慶(qing)娟(juan)，高頎，王(wang)鼎春，等 . 新型β鈦合金(jin)相(xiang)變點的(de)測定 [J]. 熱加(jia)工工藝(yi)，2014,43(6):50-52.

[4]李(li)英浩 , 賀飛 , 侯峰起，等(deng) . 熱(re)處理對 TC16鈦合(he)金棒材顯微組織和力(li)學性(xing)能(neng)的影響 [J]. 鈦工(gong)業進展 ,2014,31(4):s20-s23.

[5]張志強，董利民 , 楊洋 , 等 . 淬火溫度(du)對 TC16鈦合金(jin)顯(xian)微組織及變(bian)形行 為的影響 [J]. 金(jin)屬(shu)學報 ,2011,47(10):s1257-s1262.