TA7鈦合金的名義化學(xue)成分為Ti-5Al-2.5Sn，是一種中等強度的α型(xing)單相鈦合金，具有比(bi)強度高(gao)(gao)、焊接(jie)性(xing)(xing)(xing)能好、耐(nai)低(di)溫性(xing)(xing)(xing)優良(liang)、斷裂韌性(xing)(xing)(xing)高(gao)(gao)和熱穩定性(xing)(xing)(xing)好等優點(dian)，可長期在(zai)500℃工作，被廣泛用作飛(fei)(fei)機(ji)發(fa)動機(ji)環(huan)鍛(duan)件(jian)、機(ji)匣殼體(ti)及飛(fei)(fei)機(ji)蒙(meng)皮等[1-4]。

TA7鈦合金板材生產過程中，由于軋制變形抗力大，加工塑性差，板材邊部經常會產生大量裂紋，因而研究人員進行了大量關于改善TA7鈦合金塑性的研究。龐洪等[5]研究了不同軋制工藝對TA7鈦合金板材組織及力學性能的影響，發現采用包覆疊軋工藝生產的TA7鈦合金板材組織細小、均勻，具有比冷軋工藝更好的深沖性及較高的成品率；王韋琪等[6]研究了Fe元素對TA7鈦合金工藝特性及低倍組織、力學性能的影響，發現加入適量的Fe元素可以降低相變點，改善TA7鈦合金熱加工及冷加工工藝塑性，降低熱加工及冷加工開裂傾向；邢秋麗等[1]研究了軋制工藝對TA7鈦合金板材外觀、力學性能和組織的影響，發現在高溫下進行一火軋制可以明顯減少裂紋；周玉川等[7]研究了軋制工藝對TA7鈦合金板材表(biao)面(mian)開裂(lie)的影響，發現采用(yong)溫軋(ya)(ya)代替冷軋(ya)(ya)，可以有效(xiao)防止板(ban)材表(biao)面(mian)開裂(lie)。

包(bao)覆(fu)疊(die)軋(ya)(ya)工藝是(shi)(shi)一(yi)種加工鈦合金(jin)(jin)薄板(ban)(ban)的有(you)(you)效(xiao)手段(duan)[8]。近年來，研究(jiu)人員發(fa)現利用該工藝生(sheng)(sheng)產TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)，通過熱(re)(re)(re)軋(ya)(ya)直接軋(ya)(ya)制(zhi)成(cheng)成(cheng)品，可(ke)以有(you)(you)效(xiao)簡化工藝，提(ti)高(gao)生(sheng)(sheng)產效(xiao)率，降低生(sheng)(sheng)產成(cheng)本[9]。但是(shi)(shi)，目前鮮有(you)(you)關(guan)于包(bao)覆(fu)疊(die)軋(ya)(ya)TA7鈦合金(jin)(jin)成(cheng)品板(ban)(ban)材(cai)熱(re)(re)(re)處(chu)理研究(jiu)的報道(dao)。為(wei)此，本研究(jiu)以包(bao)覆(fu)疊(die)軋(ya)(ya)工藝生(sheng)(sheng)產的TA7鈦合金(jin)(jin)熱(re)(re)(re)加工態(tai)板(ban)(ban)材(cai)為(wei)原材(cai)料，對其進行不同(tong)溫度的熱(re)(re)(re)處(chu)理，分析熱(re)(re)(re)加工態(tai)和熱(re)(re)(re)處(chu)理后板(ban)(ban)材(cai)組(zu)織和性(xing)能(neng)的差異，建(jian)立熱(re)(re)(re)處(chu)理–組(zu)織–性(xing)能(neng)的關(guan)系，以期為(wei)TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)工業化生(sheng)(sheng)產中(zhong)熱(re)(re)(re)處(chu)理工藝的制(zhi)定提(ti)供(gong)參考。

1、實驗

實驗材料(liao)為采(cai)用包覆疊(die)軋工(gong)藝生產的(de)1.0mm厚TA7鈦合金熱加(jia)工(gong)態板材，金相法測定相變點為1010℃，其化學成(cheng)分見表1。采(cai)用輥底式電(dian)加(jia)熱爐(lu)對TA7鈦合金板材進行熱處理，熱處理溫度分別(bie)為750、800、850℃，保溫時(shi)間均(jun)為30min，冷卻方式均(jun)為空冷。

從(cong)熱(re)加工態和經不同溫(wen)(wen)度熱(re)處理后的TA7鈦合金板材上(shang)分(fen)別切取(qu)橫向（T）、縱向（L）試(shi)(shi)樣，進行顯(xian)微組織觀察(cha)以及室(shi)溫(wen)(wen)力學性能(neng)(neng)、彎曲性能(neng)(neng)及高(gao)溫(wen)(wen)力學性能(neng)(neng)檢測。金相試(shi)(shi)樣在腐蝕液（10mLHF+25mLHNO3+60mLC3H8O3＋20mLH2O）中浸蝕7s后，按(an)照(zhao)GB/T5168—2020標(biao)準(zhun)在AXIOVERT200MAT金相顯(xian)微鏡下進行組織觀察(cha)；按(an)照(zhao)GB/T228.1—2010標(biao)準(zhun)在INSTRON5885電子萬(wan)能(neng)(neng)材料(liao)拉(la)(la)伸(shen)試(shi)(shi)驗機(ji)上(shang)測試(shi)(shi)室(shi)溫(wen)(wen)拉(la)(la)伸(shen)性能(neng)(neng)；按(an)照(zhao)GB/T232—2010標(biao)準(zhun)在TC-12-029彎曲機(ji)上(shang)測試(shi)(shi)彎曲性能(neng)(neng)，彎曲壓頭直徑為3mm；按(an)照(zhao)GB/T228.2—2015標(biao)準(zhun)在TSE105D-Z高(gao)溫(wen)(wen)拉(la)(la)伸(shen)試(shi)(shi)驗機(ji)上(shang)測試(shi)(shi)高(gao)溫(wen)(wen)拉(la)(la)伸(shen)性能(neng)(neng)；分(fen)別在350℃/440MPa和500℃/195MPa條件下，按(an)照(zhao)GB/T2039—2012標(biao)準(zhun)在RD-50微控電子式蠕(ru)變持久試(shi)(shi)驗機(ji)上(shang)測試(shi)(shi)高(gao)溫(wen)(wen)持久性能(neng)(neng)，測試(shi)(shi)時間121h（GJB2505A—2018標(biao)準(zhun)要求不少于100h）。

2、結果與分析

2.1熱(re)處理溫度(du)對顯微組織(zhi)的影響

圖1為熱加工態TA7鈦合金板材橫向(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)的(de)顯微(wei)組(zu)織。從圖(tu)1可以看出，熱(re)加工態(tai)板(ban)材橫向(xiang)(xiang)(xiang)存在不(bu)均勻(yun)組(zu)織（圖(tu)1a），縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)有較多拉長α晶(jing)粒和少(shao)量等軸α晶(jing)粒（圖(tu)1b），這是(shi)由于(yu)板(ban)材在熱(re)軋過程中，硬(ying)化和軟化同時(shi)出現，熱(re)軋后縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)織呈拉長狀，靜態(tai)再(zai)結晶(jing)不(bu)完全所導致的(de)。

圖(tu)(tu)(tu)2為(wei)(wei)經(jing)(jing)不(bu)同溫度熱(re)處理(li)后TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與縱(zong)(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)顯微(wei)組(zu)(zu)(zu)(zu)織，其中圖(tu)(tu)(tu)2a~2c為(wei)(wei)板(ban)(ban)材(cai)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)顯微(wei)組(zu)(zu)(zu)(zu)織，圖(tu)(tu)(tu)2d~2f為(wei)(wei)板(ban)(ban)材(cai)縱(zong)(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)顯微(wei)組(zu)(zu)(zu)(zu)織。由圖(tu)(tu)(tu)2可以看出(chu)，經(jing)(jing)750℃熱(re)處理(li)的(de)(de)TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)(wei)等(deng)軸(zhou)組(zu)(zu)(zu)(zu)織和少量(liang)的(de)(de)不(bu)均(jun)勻(yun)組(zu)(zu)(zu)(zu)織，縱(zong)(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)(wei)等(deng)軸(zhou)組(zu)(zu)(zu)(zu)織和少量(liang)拉長α晶(jing)(jing)粒（見(jian)圖(tu)(tu)(tu)2a、2d），均(jun)為(wei)(wei)不(bu)完全(quan)再結(jie)晶(jing)(jing)組(zu)(zu)(zu)(zu)織。經(jing)(jing)800℃熱(re)處理(li)后TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與縱(zong)(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)均(jun)為(wei)(wei)均(jun)勻(yun)、細小(xiao)的(de)(de)等(deng)軸(zhou)組(zu)(zu)(zu)(zu)織，平(ping)均(jun)晶(jing)(jing)粒尺寸為(wei)(wei)9.4μm，此(ci)時板(ban)(ban)材(cai)已完全(quan)再結(jie)晶(jing)(jing)（見(jian)圖(tu)(tu)(tu)2b、2e）。經(jing)(jing)850℃熱(re)處理(li)后TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與縱(zong)(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)均(jun)為(wei)(wei)均(jun)勻(yun)的(de)(de)等(deng)軸(zhou)組(zu)(zu)(zu)(zu)織，板(ban)(ban)材(cai)晶(jing)(jing)粒發生長大(da)，平(ping)均(jun)晶(jing)(jing)粒尺寸為(wei)(wei)11.2μm（見(jian)圖(tu)(tu)(tu)2c、2f）。包覆疊軋后的(de)(de)TA7鈦合金(jin)(jin)板(ban)(ban)材(cai)畸變能較(jiao)大(da)，有(you)很強的(de)(de)再結(jie)晶(jing)(jing)趨勢(shi)，因(yin)而隨著熱(re)處理(li)溫度升高，再結(jie)晶(jing)(jing)形核(he)與長大(da)都將以更快的(de)(de)速(su)度進行，促使晶(jing)(jing)粒長大(da)。

2.2熱處(chu)理溫(wen)度對室溫(wen)力學性能的影響

熱(re)(re)加(jia)工(gong)態及經不(bu)同溫度(du)(du)(du)熱(re)(re)處(chu)理(li)后的(de)TA7鈦合(he)(he)(he)金板(ban)(ban)(ban)(ban)材室(shi)溫拉伸(shen)性(xing)能(neng)(neng)(neng)和彎曲(qu)(qu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)如表(biao)2所(suo)示。從(cong)表(biao)2可(ke)以看(kan)出(chu)，熱(re)(re)加(jia)工(gong)態板(ban)(ban)(ban)(ban)材強度(du)(du)(du)最高，延伸(shen)率(lv)最低(di)(di)，彎曲(qu)(qu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)不(bu)合(he)(he)(he)格(ge)，說明熱(re)(re)加(jia)工(gong)態板(ban)(ban)(ban)(ban)材產(chan)生了(le)較(jiao)大的(de)加(jia)工(gong)硬化，這與(yu)終(zhong)軋(ya)溫度(du)(du)(du)較(jiao)低(di)(di)有關。經不(bu)同溫度(du)(du)(du)熱(re)(re)處(chu)理(li)后，TA7鈦合(he)(he)(he)金板(ban)(ban)(ban)(ban)材橫向與(yu)縱向的(de)抗拉強度(du)(du)(du)接近(jin)，室(shi)溫拉伸(shen)性(xing)能(neng)(neng)(neng)、彎曲(qu)(qu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)均(jun)符(fu)合(he)(he)(he)GJB2505A—2018標準要求，且室(shi)溫拉伸(shen)性(xing)能(neng)(neng)(neng)富余量較(jiao)大。與(yu)熱(re)(re)加(jia)工(gong)態板(ban)(ban)(ban)(ban)材相比，強度(du)(du)(du)降低(di)(di)，延伸(shen)率(lv)增大，說明熱(re)(re)處(chu)理(li)可(ke)以有效降低(di)(di)板(ban)(ban)(ban)(ban)材強度(du)(du)(du)，提高塑性(xing)。

此(ci)外，隨著熱(re)處理溫度的升高，板材強度降(jiang)低(di)，延伸率變(bian)化(hua)不(bu)大。

2.3熱(re)處理溫(wen)度對高(gao)溫(wen)力學性能的影響

熱(re)(re)加工態及經(jing)(jing)不(bu)同溫(wen)(wen)度(du)熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)TA7鈦合(he)(he)(he)金(jin)板(ban)材(cai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)拉(la)(la)伸(shen)(shen)性能(neng)(neng)和高(gao)(gao)溫(wen)(wen)持久性能(neng)(neng)如表3所示。從表3可以看出，熱(re)(re)加工態TA7鈦合(he)(he)(he)金(jin)板(ban)材(cai)在350℃和500℃的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)拉(la)(la)強度(du)均較高(gao)(gao)，熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)拉(la)(la)強度(du)較低(di)。隨著熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)溫(wen)(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)升高(gao)(gao)，板(ban)材(cai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)拉(la)(la)強度(du)逐漸降低(di)，其中經(jing)(jing)750℃和800℃熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)板(ban)材(cai)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)拉(la)(la)伸(shen)(shen)性能(neng)(neng)均符合(he)(he)(he)GJB2505A—2018標準要(yao)(yao)求(qiu)，而850℃熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)不(bu)符合(he)(he)(he)500℃高(gao)(gao)溫(wen)(wen)抗(kang)(kang)拉(la)(la)強度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)。從表3還可以看出，熱(re)(re)加工態及經(jing)(jing)不(bu)同溫(wen)(wen)度(du)熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)的(de)(de)(de)(de)(de)TA7鈦合(he)(he)(he)金(jin)板(ban)材(cai)在350℃/440MPa、500℃/195MPa條件(jian)下的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)持久性能(neng)(neng)均滿足GJB2505A—2018標準要(yao)(yao)求(qiu)。

綜合以上(shang)分析(xi)，為了獲得均勻、細小的(de)組織及(ji)良好的(de)力學(xue)性能(neng)，TA7鈦合金板材宜采用800℃熱(re)處理。

3、結論

(1)熱(re)(re)加工態TA7鈦合金板(ban)(ban)材(cai)橫向(xiang)存在不均(jun)勻組(zu)織(zhi)，縱向(xiang)有較多(duo)拉長α晶粒。經(jing)750℃熱(re)(re)處(chu)(chu)理后板(ban)(ban)材(cai)拉長α晶粒基本轉變為(wei)等(deng)(deng)軸(zhou)狀；經(jing)800℃熱(re)(re)處(chu)(chu)理后板(ban)(ban)材(cai)橫向(xiang)與縱向(xiang)均(jun)為(wei)均(jun)勻、細小的等(deng)(deng)軸(zhou)組(zu)織(zhi)；經(jing)850℃熱(re)(re)處(chu)(chu)理后板(ban)(ban)材(cai)橫向(xiang)與縱向(xiang)均(jun)為(wei)均(jun)勻的等(deng)(deng)軸(zhou)組(zu)織(zhi)，平均(jun)晶粒尺寸較800℃熱(re)(re)處(chu)(chu)理的板(ban)(ban)材(cai)有所(suo)長大。

(2)經(jing)750、800、850℃3種(zhong)不同溫度熱(re)處(chu)理后的(de)(de)TA7鈦合金(jin)板材，其橫向(xiang)與縱向(xiang)的(de)(de)抗(kang)拉強度接(jie)近，與熱(re)加工(gong)態(tai)板材相比，強度降低，延伸率增(zeng)大；隨著熱(re)處(chu)理溫度的(de)(de)升高(gao)，板材室(shi)溫拉伸強度和高(gao)溫拉伸強度均逐漸降低。

(3)為了獲得(de)均勻、細小的組織(zhi)及(ji)良好的力學性能，TA7鈦(tai)合金板材宜采用800℃熱處理。

參考文獻References

[1]邢秋麗,王(wang)蕊寧,朱曉翠,等.制備(bei)工(gong)藝對(dui)TA7鈦(tai)合(he)金(jin)板材(cai)外觀、力學(xue)性能(neng)和組(zu)織的影響[J].鈦(tai)工(gong)業(ye)進展,2015,32(3):26-29.

[2]劉偉,杜宇.低(di)溫鈦(tai)合(he)金的研究現狀[J].稀有金屬快報,2007,26(9):6-10.

[3]姚澤坤,孫(sun)紅蘭,張(zhang)東亞,等.工藝參數(shu)組合(he)對TA7鈦合(he)金拉伸性能的影響[J].重型機械(xie),2012(3):74-77.

[4]趙永慶.鈦合金(jin)的研究與開發[J].鈦工業(ye)進(jin)展(zhan),2005,22(4):1-7.

[5]龐洪,張海龍,王希哲,等.包(bao)覆疊軋TA7鈦(tai)合金板材(cai)的組織(zhi)與力(li)學(xue)性能[J].中國有(you)色金屬學(xue)報,2010,20(S1):66-69.

[6]王韋(wei)琪,羊(yang)玉蘭,馬寶軍,等.Fe對(dui)TA7合(he)(he)金(jin)工藝(yi)特(te)性及低倍組織(zhi)性能的影響[C]//中國有色金(jin)屬學(xue)(xue)會(hui)第十四屆材料科(ke)學(xue)(xue)與合(he)(he)金(jin)加工學(xue)(xue)術(shu)年(nian)會(hui)論文集,2011.

[7]周玉川,李鵬(peng),夏亞峰(feng),等.軋制工藝對TA7鈦合金板材(cai)表面開(kai)裂的影響(xiang)[J].熱加(jia)工工藝,2017,46(15):160-162.

[8]洪權.Ti-6Al-4V合金薄(bo)板包覆(fu)疊軋加工工藝(yi)與組織性能研(yan)究(jiu)[D].西(xi)安(an):西(xi)北工業大學(xue),2005.

[9]洪權,郭萍(ping),周(zhou)偉.鈦合金成(cheng)形技術與應用[J].鈦工業(ye)進展,2022,39(5):27-32.