TA7鈦(tai)合(he)金的名(ming)義(yi)化學成分為 Ti-5Al-2.5Sn，是一(yi)種中(zhong)等強度(du)的 α 型(xing)單相鈦(tai)合(he)金，具有比強度(du)高、焊接性能好(hao)、耐低溫性優(you)良、斷裂(lie)韌(ren)性高和熱穩定性好(hao)等優(you)點，可長期在 500 ℃工作，被廣泛用作飛機(ji)發動(dong)機(ji)環鍛(duan)件、機(ji)匣殼體及飛機(ji)蒙皮等 [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(ji)(ji)力學(xue)(xue)性(xing)(xing)能的(de)(de)影(ying)響(xiang)，發(fa)現(xian)采(cai)用包覆疊軋工(gong)(gong)藝(yi)生產的(de)(de) TA7鈦合金(jin)板(ban)材組織細(xi)小(xiao)、均(jun)勻，具(ju)有比冷軋工(gong)(gong)藝(yi)更好的(de)(de)深沖性(xing)(xing)及(ji)(ji)較(jiao)高(gao)的(de)(de)成品率；王韋琪等 [6] 研究了 Fe 元(yuan)素(su)對 TA7鈦合金(jin)工(gong)(gong)藝(yi)特性(xing)(xing)及(ji)(ji)低倍組織、力學(xue)(xue)性(xing)(xing)能的(de)(de)影(ying)響(xiang)，發(fa)現(xian)加(jia)(jia)入適量的(de)(de) Fe 元(yuan)素(su)可以降低相變點(dian)，改善(shan) TA7鈦合金(jin)熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)及(ji)(ji)冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝(yi)塑性(xing)(xing)，降低熱加(jia)(jia)工(gong)(gong)及(ji)(ji)冷加(jia)(jia)工(gong)(gong)開(kai)(kai)裂(lie)傾向(xiang)；邢秋(qiu)麗等 [1] 研究了軋制工(gong)(gong)藝(yi)對 TA7鈦合金(jin)板(ban)材外觀、力學(xue)(xue)性(xing)(xing)能和組織的(de)(de)影(ying)響(xiang)，發(fa)現(xian)在高(gao)溫下進行一(yi)火軋制可以明顯(xian)減少裂(lie)紋；周(zhou)玉川等 [7] 研究了軋制工(gong)(gong)藝(yi)對 TA7鈦合金(jin)板(ban)材表面開(kai)(kai)裂(lie)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，發(fa)現(xian)采(cai)用溫軋代替冷軋，可以有效防(fang)止板(ban)材表面開(kai)(kai)裂(lie)。

包覆(fu)疊軋工藝是一種加工鈦(tai)合金(jin)薄板的(de)有效手(shou)段 [8] 。

近年來，研究(jiu)人員發現利用該工藝(yi)生產 TA7鈦(tai)合金板(ban)材(cai)，通過熱(re)軋(ya)直接軋(ya)制(zhi)成(cheng)成(cheng)品(pin)，可(ke)以(yi)有效簡化工藝(yi)，提高(gao)生產效率，降低生產成(cheng)本(ben) [9] 。但是，目前(qian)鮮有關于包覆疊軋(ya) TA7鈦(tai)合金成(cheng)品(pin)板(ban)材(cai)熱(re)處(chu)理研究(jiu)的(de)(de)報(bao)道。為(wei)此，本(ben)研究(jiu)以(yi)包覆疊軋(ya)工藝(yi)生產的(de)(de) TA7鈦(tai)合金熱(re)加工態板(ban)材(cai)為(wei)原材(cai)料，對(dui)其進行不同溫度的(de)(de)熱(re)處(chu)理，分析熱(re)加工態和熱(re)處(chu)理后板(ban)材(cai)組織和性(xing)能的(de)(de)差異(yi)，建立熱(re)處(chu)理–組織–性(xing)能的(de)(de)關系，以(yi)期(qi)為(wei) TA7鈦(tai)合金板(ban)材(cai)工業化生產中熱(re)處(chu)理工藝(yi)的(de)(de)制(zhi)定(ding)提供(gong)參考。

1、 實 驗

實(shi)驗(yan)材(cai)料(liao)為(wei)采用包覆(fu)疊(die)軋(ya)工藝生產的 1.0 mm 厚TA7鈦(tai)合金熱加工態板(ban)材(cai)，金相(xiang)法測定(ding)相(xiang)變點為(wei)1010 ℃，其化學成分見表(biao)1。采用輥(gun)底式電加熱爐對(dui)TA7鈦(tai)合金板(ban)材(cai)進行熱處理，熱處理溫(wen)度(du)分別為(wei) 750、800、850 ℃，保溫(wen)時間(jian)均(jun)為(wei) 30 min，冷卻(que)方式均(jun)為(wei)空冷。

從(cong)熱(re)(re)加工態和經不(bu)同溫度熱(re)(re)處(chu)理(li)后(hou)的 TA7鈦合金(jin)板材(cai)(cai)上分別(bie)切取橫向（T）、縱向（L）試(shi)(shi)樣，進行顯微(wei)組織觀察以(yi)及(ji)室溫力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)、彎(wan)曲(qu)性(xing)(xing)能(neng)(neng)及(ji)高溫力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)檢(jian)測(ce)。金(jin)相試(shi)(shi)樣在(zai)(zai)腐蝕液（10 mL HF+25 mL HNO 3 +60 mLC 3 H 8 O 3 ＋20 mL H 2 O）中(zhong)浸蝕 7 s 后(hou)，按(an)照(zhao)(zhao) GB/T 5168—2020 標(biao)(biao)(biao)準在(zai)(zai) AXIOVERT 200MAT 金(jin)相顯微(wei)鏡(jing)下(xia)進行組織觀察；按(an)照(zhao)(zhao) GB/T 228.1—2010 標(biao)(biao)(biao)準在(zai)(zai) INSTRON5885 電(dian)子萬能(neng)(neng)材(cai)(cai)料拉(la)伸試(shi)(shi)驗機(ji)(ji)上測(ce)試(shi)(shi)室溫拉(la)伸性(xing)(xing)能(neng)(neng)；按(an)照(zhao)(zhao)GB/T 232—2010標(biao)(biao)(biao)準在(zai)(zai)TC-12-029彎(wan)曲(qu)機(ji)(ji)上測(ce)試(shi)(shi)彎(wan)曲(qu)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，彎(wan)曲(qu)壓頭直徑為 3 mm；按(an)照(zhao)(zhao) GB/T 228.2—2015標(biao)(biao)(biao)準在(zai)(zai) TSE105D-Z 高溫拉(la)伸試(shi)(shi)驗機(ji)(ji)上測(ce)試(shi)(shi)高溫拉(la)伸性(xing)(xing)能(neng)(neng)；分別(bie)在(zai)(zai) 350 ℃/440 MPa 和 500 ℃/195 MPa 條(tiao)件下(xia)，按(an)照(zhao)(zhao)GB/T 2039—2012標(biao)(biao)(biao)準在(zai)(zai)RD-50微(wei)控電(dian)子式(shi)蠕變持久試(shi)(shi)驗機(ji)(ji)上測(ce)試(shi)(shi)高溫持久性(xing)(xing)能(neng)(neng)，測(ce)試(shi)(shi)時(shi)間 121 h（GJB2505A—2018 標(biao)(biao)(biao)準要(yao)求不(bu)少于(yu) 100 h）。

2 、結果與分析

2.1 熱處理溫度對顯(xian)微組織(zhi)的影響

圖1為熱加工態TA7鈦合(he)金板材(cai)橫向(xiang)與(yu)縱(zong)向(xiang)的(de)顯微組織。從圖 1 可以看(kan)出，熱加工態板材(cai)橫向(xiang)存在不均勻組織（圖 1a），縱(zong)向(xiang)有(you)較多拉長 α 晶(jing)粒(li)和少量等軸 α 晶(jing)粒(li)（圖 1b），這是由于板材(cai)在熱軋過程(cheng)中，硬化和軟化同時出現，熱軋后縱(zong)向(xiang)組織呈拉長狀(zhuang)，靜態再結晶(jing)不完全所導致的(de)。

圖(tu) 1 熱加工態 TA7 鈦合金板材橫(heng)向與縱(zong)向顯微(wei)組(zu)織

Fig.1 Microstructures of TA7 titanium alloy sheet in hot working state: (a) transverse; (b) longitudinal

圖(tu)(tu)2為(wei)(wei)(wei)經(jing)不(bu)同溫(wen)(wen)度(du)(du)熱處理后(hou)(hou)TA7鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)橫向(xiang)(xiang)與縱(zong)向(xiang)(xiang)的顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，其中圖(tu)(tu) 2a~2c 為(wei)(wei)(wei)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)橫向(xiang)(xiang)顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，圖(tu)(tu) 2d~2f 為(wei)(wei)(wei)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)縱(zong)向(xiang)(xiang)顯微(wei)(wei)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)。由圖(tu)(tu) 2 可以看出(chu)，經(jing)750 ℃熱處理的TA7鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)橫向(xiang)(xiang)為(wei)(wei)(wei)等(deng)軸組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)和少量(liang)的不(bu)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，縱(zong)向(xiang)(xiang)為(wei)(wei)(wei)等(deng)軸組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)和少量(liang)拉(la)長(chang) α 晶(jing)(jing)粒(li)（見圖(tu)(tu) 2a、2d），均(jun)(jun)(jun)為(wei)(wei)(wei)不(bu)完全再結晶(jing)(jing)組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)。經(jing) 800 ℃熱處理后(hou)(hou) TA7鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)橫向(xiang)(xiang)與縱(zong)向(xiang)(xiang)均(jun)(jun)(jun)為(wei)(wei)(wei)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)、細(xi)小(xiao)的等(deng)軸組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，平均(jun)(jun)(jun)晶(jing)(jing)粒(li)尺寸為(wei)(wei)(wei) 9.4 μm，此時板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)已完全再結晶(jing)(jing)（見圖(tu)(tu) 2b、2e）。經(jing) 850 ℃熱處理后(hou)(hou) TA7鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)橫向(xiang)(xiang)與縱(zong)向(xiang)(xiang)均(jun)(jun)(jun)為(wei)(wei)(wei)均(jun)(jun)(jun)勻(yun)的等(deng)軸組(zu)織(zhi)(zhi)(zhi)，板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)晶(jing)(jing)粒(li)發生長(chang)大，平均(jun)(jun)(jun)晶(jing)(jing)粒(li)尺寸為(wei)(wei)(wei) 11.2 μm（見圖(tu)(tu) 2c、2f）。包覆疊(die)軋后(hou)(hou)的 TA7鈦(tai)(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)板(ban)(ban)(ban)材(cai)(cai)(cai)畸(ji)變能較大，有很強(qiang)的再結晶(jing)(jing)趨勢，因(yin)而(er)隨著熱處理溫(wen)(wen)度(du)(du)升高，再結晶(jing)(jing)形核與長(chang)大都將以更(geng)快的速度(du)(du)進行，促使晶(jing)(jing)粒(li)長(chang)大。

圖 2 經不(bu)同(tong)溫度熱處理后 TA7 鈦合金板材橫向(xiang)與縱(zong)向(xiang)的顯微組織

Fig.2 Microstructures of TA7 titanium alloy sheets after heat treated at different temperatures: (a) 750 ℃, transverse; (b) 800 ℃, transverse;(c) 850 ℃, transverse; (d) 750 ℃, longitudinal; (e) 800 ℃, longitudinal; (f) 850 ℃, longitudinal

2.2 熱處理(li)溫度對室溫力學性能的影響

熱加工態及經不同溫度熱處理后的 TA7鈦合金板材(cai)室溫(wen)拉伸性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)和彎(wan)曲(qu)(qu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)如表 2 所示。從表 2 可以(yi)看出，熱(re)加(jia)(jia)工態板(ban)材(cai)強(qiang)(qiang)度最高，延(yan)伸率(lv)最低，彎(wan)曲(qu)(qu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)不合格(ge)，說明熱(re)加(jia)(jia)工態板(ban)材(cai)產生了較(jiao)(jiao)大的加(jia)(jia)工硬化，這(zhe)與(yu)(yu)終軋溫(wen)度較(jiao)(jiao)低有關。經不同溫(wen)度熱(re)處理后(hou)，TA7鈦合金(jin)板(ban)材(cai)橫向(xiang)與(yu)(yu)縱(zong)向(xiang)的抗拉強(qiang)(qiang)度接近，室溫(wen)拉伸性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)、彎(wan)曲(qu)(qu)性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)均符合 GJB 2505A—2018 標(biao)準要求，且(qie)室溫(wen)拉伸性(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)富(fu)余(yu)量較(jiao)(jiao)大。與(yu)(yu)熱(re)加(jia)(jia)工態板(ban)材(cai)相比，強(qiang)(qiang)度降(jiang)低，延(yan)伸率(lv)增大，說明熱(re)處理可以(yi)有效降(jiang)低板(ban)材(cai)強(qiang)(qiang)度，提(ti)高塑(su)性(xing)。

此外(wai)，隨著熱處(chu)理溫度的升高，板材強度降低(di)，延伸率變化不大(da)。

2.3 熱處(chu)理溫度對高(gao)溫力學(xue)性能的影響

熱(re)(re)加工(gong)態及經不同(tong)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)的(de)(de) TA7鈦合(he)(he)金板(ban)材(cai)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)拉伸性(xing)能(neng)(neng)和高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)持久性(xing)能(neng)(neng)如表(biao) 3 所示。從表(biao) 3 可以看出，熱(re)(re)加工(gong)態 TA7鈦合(he)(he)金板(ban)材(cai)在 350 ℃和 500 ℃的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉強(qiang)度均(jun)較(jiao)高(gao)(gao)(gao)(gao)，熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉強(qiang)度較(jiao)低。隨著熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度的(de)(de)升高(gao)(gao)(gao)(gao)，板(ban)材(cai)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉強(qiang)度逐漸降低，其中經 750 ℃和 800 ℃熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)板(ban)材(cai)的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)拉伸性(xing)能(neng)(neng)均(jun)符(fu)(fu)合(he)(he) GJB 2505A—2018 標(biao)準要求，而(er) 850 ℃熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)不符(fu)(fu)合(he)(he) 500 ℃高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)抗(kang)拉強(qiang)度的(de)(de)要求。從表(biao) 3 還可以看出，熱(re)(re)加工(gong)態及經不同(tong)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度熱(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)后(hou)的(de)(de) TA7鈦合(he)(he)金板(ban)材(cai)在 350 ℃/440 MPa、500 ℃/195 MPa 條(tiao)件下的(de)(de)高(gao)(gao)(gao)(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)持久性(xing)能(neng)(neng)均(jun)滿足 GJB 2505A—2018 標(biao)準要求。

綜合以上分析，為(wei)了獲得均勻、細(xi)小的組(zu)織及良好的力學性能，TA7鈦合金板材宜(yi)采用 800 ℃熱處理。

3 、結 論

(1) 熱加(jia)工態 TA7鈦合金板(ban)(ban)(ban)材(cai)橫向存(cun)在不(bu)均(jun)(jun)(jun)勻組(zu)織，縱(zong)向有(you)較多拉長 α 晶(jing)粒(li)。經 750 ℃熱處理(li)后(hou)板(ban)(ban)(ban)材(cai)拉長 α 晶(jing)粒(li)基本轉變為(wei)等(deng)軸狀；經 800 ℃熱處理(li)后(hou)板(ban)(ban)(ban)材(cai)橫向與縱(zong)向均(jun)(jun)(jun)為(wei)均(jun)(jun)(jun)勻、細小的(de)等(deng)軸組(zu)織；經 850 ℃熱處理(li)后(hou)板(ban)(ban)(ban)材(cai)橫向與縱(zong)向均(jun)(jun)(jun)為(wei)均(jun)(jun)(jun)勻的(de)等(deng)軸組(zu)織，平均(jun)(jun)(jun)晶(jing)粒(li)尺寸較 800 ℃熱處理(li)的(de)板(ban)(ban)(ban)材(cai)有(you)所長大。

(2) 經(jing) 750、800、850 ℃ 3 種(zhong)不同溫度(du)熱處理后的TA7鈦合金板材，其橫向與(yu)縱(zong)向的抗拉(la)強(qiang)度(du)接近(jin)，與(yu)熱加工態(tai)板材相比，強(qiang)度(du)降(jiang)低(di)，延伸率增大；隨著熱處理溫度(du)的升(sheng)高(gao)，板材室溫拉(la)伸強(qiang)度(du)和高(gao)溫拉(la)伸強(qiang)度(du)均逐(zhu)漸降(jiang)低(di)。

(3) 為(wei)了(le)獲得均勻、細小的(de)組織及良好(hao)的(de)力(li)學性能，TA7鈦合金板材(cai)宜采(cai)用 800 ℃熱處(chu)理。

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