TA24(Ti75)是(shi)低合金化Ti-3Al-2Mo-2Zr，系具有(you)我國自主知識產權的(de)(de)近α型合金，含有(you)3%的(de)(de)α穩(wen)定元(yuan)素Al，對(dui)α相(xiang)起(qi)固溶強化作用；含有(you)2%的(de)(de)β穩(wen)定元(yuan)素Mo，起(qi)到強化β相(xiang)并改善(shan)工(gong)藝(yi)塑性的(de)(de)作用；還含有(you)中性元(yuan)素Zr，改善(shan)金屬的(de)(de)焊(han)接性能(neng)(neng)。TA24鈦合金名(ming)義成分的(de)(de)鋁當(dang)量為(wei)3.5，鉬當(dang)量為(wei)2，其主要性能(neng)(neng)特點是(shi)具有(you)比TA5更高的(de)(de)強度和(he)更好(hao)的(de)(de)工(gong)藝(yi)塑性。該(gai)合金還具有(you)良好(hao)的(de)(de)焊(han)接性能(neng)(neng)和(he)耐腐蝕性能(neng)(neng)。

TA24鈦合金最適合于制造形狀復雜的板材沖壓、焊接零部件，在艦船和醫用領域獲得廣泛應用，其主要半成品是板材、管材、棒材、鍛件、型材。本文采用小規格棒材，研究TA24鈦合金棒材熱(re)處理(li)制度以(yi)及組織(zhi)與力學(xue)性能(neng)之間的匹配關系，為(wei)工業生產提供指導幫助(zhu)。

1、試驗材料及方法

為了進(jin)(jin)一步研究(jiu)熱處(chu)理工藝(yi)與組(zu)織性(xing)能之間的匹配(pei)關系，試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)采(cai)用寶鈦集團真空自耗電弧(hu)爐經(jing)過二次熔(rong)煉的φ296mm小型鑄錠在兩相(xiang)區鍛(duan)造的φ16mm棒(bang)(bang)材(cai)，采(cai)用線切割取樣，取樣部位均為棒(bang)(bang)材(cai)頭(tou)部中心部位，合(he)金化學成分如表1所(suo)示。在棒(bang)(bang)材(cai)上(shang)(shang)截取樣段進(jin)(jin)行750～900℃不同溫度及(ji)時(shi)間的熱處(chu)理試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)，方(fang)案如表2所(suo)示。試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)顯微組(zu)織在Axiovert200MAT光學顯微鏡上(shang)(shang)觀測，室溫拉(la)伸性(xing)能在Instron5885電子萬能材(cai)料試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)機上(shang)(shang)進(jin)(jin)行，室溫沖擊(ji)(ji)韌(ren)性(xing)在JNS-300擺(bai)錘式沖擊(ji)(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)(yan)機上(shang)(shang)進(jin)(jin)行。

2、試驗結果及分析

2.1退火對(dui)顯微組織(zhi)的影響

圖(tu)1為經過不同溫(wen)度和時間熱(re)處(chu)理(li)后的(de)(de)退火(huo)組織(zhi)，可以看出(chu)TA24鈦合金棒(bang)材經過不同溫(wen)度退火(huo)之后，組織(zhi)為α相(xiang)與β轉(zhuan)變相(xiang)，對比圖(tu)1(a)、圖(tu)1(b)、圖(tu)1(c)、圖(tu)1(d)可以看出(chu)：隨(sui)著退火(huo)溫(wen)度的(de)(de)升高(gao)，其(qi)初生(sheng)等軸α相(xiang)等軸化程度提高(gao)，初生(sheng)α相(xiang)含量降(jiang)低(di)，再結晶(jing)晶(jing)粒(li)長大，還伴隨(sui)有次生(sheng)α相(xiang)增多(duo)。

對比圖(tu)(tu)1(a)和圖(tu)(tu)1(e)，當溫度(du)在(zai)750℃時(shi)，隨著退火(huo)(huo)時(shi)間的(de)延(yan)(yan)長，顯(xian)微組織變化不大(da)。對比圖(tu)(tu)1(b)、圖(tu)(tu)1(c)與(yu)圖(tu)(tu)1(f)、圖(tu)(tu)1(g)，當溫度(du)在(zai)800～850℃時(shi)，隨著退火(huo)(huo)時(shi)間的(de)延(yan)(yan)長，α相開始溶解，β相含量(liang)增加。對比圖(tu)(tu)1(d)和圖(tu)(tu)1(h)，當退火(huo)(huo)溫度(du)在(zai)900℃時(shi)，隨著退火(huo)(huo)時(shi)間的(de)延(yan)(yan)長，α相晶粒(li)明顯(xian)長大(da)。

2.2力學性能試驗結果

試(shi)樣整(zheng)體按表(biao)2所示(shi)制度(du)(du)(du)熱處(chu)理后，室溫(wen)(wen)拉(la)(la)伸(shen)(shen)(shen)力學性(xing)能見表(biao)3。如圖2所示(shi)，TA24合(he)金(jin)的(de)抗拉(la)(la)強(qiang)度(du)(du)(du)與規(gui)定(ding)(ding)(ding)非(fei)(fei)比(bi)例(li)(li)延(yan)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)度(du)(du)(du)隨(sui)退火溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高(gao)而下降(jiang)(jiang)(jiang)，在(zai)保(bao)溫(wen)(wen)2h時(shi)，抗拉(la)(la)強(qiang)度(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)了(le)(le)(le)25MPa，規(gui)定(ding)(ding)(ding)非(fei)(fei)比(bi)例(li)(li)延(yan)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)度(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)了(le)(le)(le)25MPa。在(zai)保(bao)溫(wen)(wen)4h時(shi)，抗拉(la)(la)強(qiang)度(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)了(le)(le)(le)45MPa，規(gui)定(ding)(ding)(ding)非(fei)(fei)比(bi)例(li)(li)延(yan)伸(shen)(shen)(shen)強(qiang)度(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)了(le)(le)(le)30MPa。這(zhe)(zhe)是由(you)于溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高(gao)導致TA24合(he)金(jin)組(zu)織(zhi)內(nei)α相的(de)尺寸隨(sui)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)升高(gao)而變大(da)，同(tong)時(shi)還伴(ban)有部分(fen)α相的(de)溶(rong)解及β相成分(fen)的(de)變化(hua)(hua)(hua)。隨(sui)著(zhu)保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間的(de)延(yan)長這(zhe)(zhe)種變化(hua)(hua)(hua)會更加明顯。晶粒尺寸的(de)增大(da)讓合(he)金(jin)的(de)力學性(xing)能降(jiang)(jiang)(jiang)低(di)，且合(he)金(jin)處(chu)在(zai)較(jiao)長的(de)保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間下組(zu)織(zhi)內(nei)次生(sheng)α相已經充分(fen)析出并長大(da)，溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)越高(gao)，次生(sheng)α相粗化(hua)(hua)(hua)程(cheng)度(du)(du)(du)越大(da)。

TA24合(he)(he)(he)金(jin)的塑性隨著(zhu)退火(huo)溫度的升(sheng)(sheng)高呈增(zeng)長(chang)(chang)趨勢(shi)，如(ru)圖3所示。在保(bao)溫2h時，斷(duan)后(hou)(hou)伸長(chang)(chang)率共增(zeng)長(chang)(chang)了(le)(le)1%，斷(duan)面(mian)收縮率共增(zeng)長(chang)(chang)了(le)(le)2%。在保(bao)溫4h時，斷(duan)后(hou)(hou)伸長(chang)(chang)率共增(zeng)長(chang)(chang)了(le)(le)2%，斷(duan)面(mian)收縮率共增(zeng)長(chang)(chang)了(le)(le)3%。這(zhe)是因(yin)為(wei)隨著(zhu)溫度的升(sheng)(sheng)高，合(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)的初生α相含量(liang)逐(zhu)漸(jian)下降，雖然從合(he)(he)(he)金(jin)的β相轉變組織中(zhong)析出(chu)次生α相，能夠提升(sheng)(sheng)合(he)(he)(he)金(jin)強度，但由于合(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)等(deng)軸初生

α相(xiang)含量下(xia)降較多(duo)，原始β相(xiang)晶粒進(jin)一步長(chang)大，析(xi)出的(de)次生α相(xiang)引起(qi)的(de)強(qiang)度增加(jia)弱于由(you)組織(zhi)粗化引起(qi)的(de)強(qiang)度下(xia)降，從而導致TA24鈦(tai)合金室溫力(li)學性能(neng)降低(di)、塑(su)性提高。這種(zhong)變化隨(sui)著保溫時間的(de)延長(chang)更加(jia)明顯。

由圖(tu)4可知，750℃和(he)(he)900℃時(shi)(shi)(shi)沖(chong)(chong)擊值(zhi)(zhi)最(zui)高(gao)(gao)，800℃時(shi)(shi)(shi)次之(zhi)，850℃沖(chong)(chong)擊值(zhi)(zhi)最(zui)低。隨(sui)保溫時(shi)(shi)(shi)間延(yan)長，沖(chong)(chong)擊指標先下(xia)降(jiang)后升高(gao)(gao)。900℃×4h/AC的(de)(de)熱處理(li)制(zhi)度(du)沖(chong)(chong)擊值(zhi)(zhi)最(zui)高(gao)(gao)。當退(tui)火溫度(du)在(zai)800～850℃時(shi)(shi)(shi)，隨(sui)著熱處理(li)溫度(du)升高(gao)(gao)，初生α相(xiang)體積分(fen)數(shu)減小(xiao)，β相(xiang)的(de)(de)體積分(fen)數(shu)增大(da)，并且α相(xiang)和(he)(he)β相(xiang)的(de)(de)晶(jing)粒(li)尺寸逐漸增大(da)，導(dao)致(zhi)抗斷裂韌性(xing)下(xia)降(jiang)。當溫度(du)升高(gao)(gao)到900℃時(shi)(shi)(shi)，顯微組織由β相(xiang)轉變(bian)組織占主導(dao)地位(wei)。形變(bian)畸變(bian)能釋放(fang)，再(zai)結晶(jing)晶(jing)粒(li)增多，次生α相(xiang)長大(da)，相(xiang)界(jie)面(mian)增多。 由于β轉變(bian)組織呈多變(bian)形，裂紋擴(kuo)展時(shi)(shi)(shi)在(zai)合金組織中(zhong)的(de)(de)擴(kuo)展路徑延(yan)長，抗斷裂韌性(xing)升高(gao)(gao)。

結論

本文主要對兩相區加工的TA24鈦合金棒材進行了不同(tong)溫度(du)及時間的退火(huo)熱處(chu)理，確定了力學性能和(he)顯(xian)微組織與退火(huo)溫度(du)的關系，具體結論如(ru)下：

1）TA24鈦合(he)金隨(sui)著熱處理溫度的(de)升高，不僅(jin)有再結晶晶粒(li)的(de)長大，還伴隨(sui)有α相(xiang)的(de)溶解(jie)和β相(xiang)成分(fen)的(de)變化(hua)；

2）隨(sui)熱處理溫度提高(gao)，材料的抗拉強度和屈服(fu)強度指標略有降低，斷面收縮率指標升(sheng)高(gao)；

3）根據對熱處理制度研究發(fa)現，750℃和900℃時沖(chong)擊(ji)值最高，800℃時次之，850℃沖(chong)擊(ji)值最低。