TA5鈦合金是一種中強(qiang)全α型鈦合金，名義成(cheng)分(fen)為Ti-4Al-0.005Ｂ，具有良(liang)好(hao)的焊接性(xing)和(he)耐蝕性(xing)能，被廣(guang)泛應用于艦(jian)船煙囪蒙(meng)皮(pi)、桅(wei)桿等零部件[1，2]。 試驗通過設計不同的成(cheng)形(xing)溫(wen)度及熱處理制度獲得了不同的顯微組(zu)織(zhi)形(xing)貌，研究分(fen)析(xi)了顯微組(zu)織(zhi)對TA5鈦合金室溫(wen)力學性(xing)能的影響。

1、試驗材料與方法

試驗用材料為西部鈦業有限責任公司生產的Φ150ｍｍTA5鈦合金棒材(cai)，相變點(dian)為100６℃。

試(shi)驗用原材(cai)料在(zai)ＳＸ-1６精(jing)鍛機上制備出(chu)Φ83ｍｍTA5鈦合金棒(bang)材(cai)，隨后進(jin)行(xing)(xing)熱處(chu)理，成形溫(wen)度及熱處(chu)理制度見表1；最終在(zai)棒(bang)材(cai)頭(tou)部切取(qu)金相與室(shi)溫(wen)拉伸試(shi)樣進(jin)行(xing)(xing)測(ce)試(shi)。

顯示金相組織所用腐蝕劑為10％ＨＦ＋40％ＨＮＯ₃＋50％Ｈ₂Ｏ，腐蝕后在Ｓｔｅｍｉ2000型(xing)顯微(wei)鏡(jing)下進(jin)(jin)行(xing)組(zu)織觀察(cha)；室(shi)溫拉(la)伸試(shi)樣按GB/T 22８-2002《金屬(shu)材料室(shi)溫拉(la)伸試(shi)驗(yan)方法》加工成(cheng)Φ5ｍｍ的標準(zhun)試(shi)樣并(bing)在1185型(xing)材料試(shi)驗(yan)機上進(jin)(jin)行(xing)靜態室(shi)溫拉(la)伸試(shi)驗(yan)。

2、試驗結果及討論

2.1不同(tong)工藝路線下成品棒材組織

2.1.1成形溫度(du)對(dui)棒材(cai)組織的影(ying)響

不同成形(xing)溫度下(xia)成品棒材經(jing)８50℃保(bao)溫2h，空冷(leng)后(hou)的顯微組織形(xing)貌如圖1所示。

由圖(tu)1可以(yi)看(kan)出(chu)(chu)，兩種成形(xing)溫(wen)度(du)下(xia)(xia)退火態(tai)均為(wei)等(deng)軸(zhou)組織，但(dan)組織細(xi)節存(cun)在(zai)明顯差(cha)別(bie)。1＃試樣存(cun)在(zai)明顯的(de)(de)(de)晶(jing)界(jie)析出(chu)(chu)物(wu)且晶(jing)內(nei)分布(bu)有沿(yan)特定(ding)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)析出(chu)(chu)的(de)(de)(de)點(dian)狀(zhuang)(zhuang)析出(chu)(chu)物(wu)，4＃試樣以(yi)晶(jing)內(nei)點(dian)狀(zhuang)(zhuang)析出(chu)(chu)物(wu)為(wei)主，伴隨(sui)少量晶(jing)界(jie)析出(chu)(chu)物(wu)。鈦合金(jin)中(zhong)β→α相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)屬于體心立方(fang)(fang)(fang)向(xiang)密排六方(fang)(fang)(fang)的(de)(de)(de)同素異構轉(zhuan)變(bian)，兩相(xiang)(xiang)之間滿足伯格斯關系(xi)：（110）β／／（0002）α，[1-11]β／／[11-20]β。通常(chang)情況(kuang)下(xia)(xia)，在(zai)上述相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)的(de)(de)(de)過(guo)程中(zhong)α相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)生長總(zong)是沿(yan)著某一特定(ding)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)進行(xing)，形(xing)成“片狀(zhuang)(zhuang)”微結構。TA5鈦合金(jin)中(zhong)存(cun)在(zai)微量Ｆｅ元素，該元素在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)固(gu)溶度(du)很小，因此伴隨(sui)片狀(zhuang)(zhuang)α相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)生長，Fe元素會(hui)析出(chu)(chu)并降低附近區域(yu)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)點(dian)，從而形(xing)成沿(yan)特定(ding)方(fang)(fang)(fang)向(xiang)析出(chu)(chu)的(de)(de)(de)點(dian)狀(zhuang)(zhuang)β相(xiang)(xiang)，如(ru)1＃試樣所(suo)示(shi)。對于Ｔβ之下(xia)(xia)成形(xing)棒材，原有的(de)(de)(de)條狀(zhuang)(zhuang)β相(xiang)(xiang)會(hui)歷(li)經變(bian)形(xing)，破壞原有流(liu)線(xian)結構，并伴隨(sui)退火過(guo)程中(zhong)α相(xiang)(xiang)再結晶(jing)形(xing)成無流(liu)線(xian)分布(bu)的(de)(de)(de)點(dian)狀(zhuang)(zhuang)形(xing)態(tai)，如(ru)4＃試樣所(suo)示(shi)。

2.1.2退火溫度(du)對棒材組織的影響

圖2為相(xiang)變點之下成形棒材經不(bu)同退(tui)火溫度(du)退(tui)火的顯微組織形貌。

由(you)圖2可以看(kan)出，經７00℃保溫2ｈ后的顯微組織為拉長(chang)的條狀α相，說明(ming)此(ci)時再結晶(jing)(jing)未充分進行；當退(tui)火溫度升至８00℃時，組織內(nei)部已出現等軸(zhou)狀的再結晶(jing)(jing)結構，但仍保留(liu)部分拉長(chang)的條狀α相；隨著(zhu)退(tui)火溫度的進一(yi)步升高，組織已經完全轉變為等軸(zhou)晶(jing)(jing)粒，且晶(jing)(jing)粒發(fa)生(sheng)了明(ming)顯的長(chang)大。

退火溫度(du)越高，再(zai)結(jie)(jie)晶(jing)過程驅動力(li)越大，原(yuan)子擴(kuo)散速率越快(kuai)，致使再(zai)結(jie)(jie)晶(jing)體積分數上升(sheng)、再(zai)結(jie)(jie)晶(jing)后晶(jing)粒尺(chi)寸增大。

2.2不同工藝(yi)路線下棒材力學(xue)性能

2.2.1成形溫度對(dui)棒材(cai)力學性能的(de)影響

不同成形溫度下TA5棒材的室溫拉伸性能見表2。由表2可以看出，相比于Ｔ_β之上成形棒材，Ｔ_β之下成形(xing)有利于材(cai)料的塑性，但會降(jiang)低材(cai)料的強度。

由圖1可知，Ｔ_β之上(shang)成(cheng)形時，會(hui)形成(cheng)伴(ban)隨有沿某(mou)特定(ding)方(fang)向(xiang)分(fen)布的(de)點狀β相的(de)等軸組織(zhi)，這種β相分(fen)布形態會(hui)將原有的(de)等軸晶粒割(ge)裂(lie)成(cheng)幾個小的(de)“條狀區域”，一(yi)(yi)方(fang)面降低了有效滑移長(chang)度，導(dao)致強度增加(jia)，另(ling)一(yi)(yi)方(fang)面降低了材料的(de)變形協調(diao)性(xing)，導(dao)致材料塑性(xing)下(xia)降。

2.2.2退火溫度對棒材力學性(xing)能的影響

退火溫度對TA5鈦合金棒材(cai)的室溫拉伸(shen)性能(neng)如圖3所示。由(you)圖3可以看出，隨退火溫度的上升(sheng)，材(cai)料呈現強度降低、塑性上升(sheng)的趨勢。

一方(fang)面(mian)隨著(zhu)退(tui)火溫度(du)的上升，再結晶體(ti)積(ji)分數上升，降(jiang)低了加工產生的“加工硬化”效果；且(qie)隨著(zhu)等(deng)軸晶粒數量增多、材料(liao)(liao)的變形協調(diao)性增加，改善(shan)了材料(liao)(liao)的塑性。另一方(fang)面(mian)，晶 粒尺寸的增大(da)導(dao)致材料(liao)(liao)內部相界面(mian)減(jian)少(shao)，對于位錯的釘扎(zha)作用減(jian)弱，造成材料(liao)(liao)強度(du)的下降(jiang)。

3、結論

1）兩種成形溫度下棒材退火態均為等軸組織，但組織細節存在明顯差別。Ｔ_β之上成形的棒材組織存在明顯的晶界析出物且晶內分布有沿特定方向析出的點狀析出物；Ｔ_β之下成形的棒材(cai)組織以晶內點狀析(xi)出物(wu)為主，伴隨(sui)少量晶界(jie)析(xi)出物(wu)，且隨(sui)著(zhu)退火溫度(du)的升高(gao)，再結晶體積分數升高(gao)，晶粒尺寸增大(da)。

2）相比于Ｔ_β之上成形棒材，Ｔ_β之下成(cheng)形有利于材料的(de)(de)塑性，但會降低材料的(de)(de)強度；隨退火溫(wen)度的(de)(de)上升(sheng)，材料呈(cheng)現強度降低、塑性上升(sheng)的(de)(de)趨勢。

參考文獻：

[1]郝曉博，張強，陶會(hui)發，等.軋制工(gong)(gong)藝對TA5鈦合金薄板(ban)組織與性能的影響[Ｊ].熱(re)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)藝，201９，4８（1９）：11９-120，123.

[2]何書林，馮永(yong)琦，王(wang)永(yong)強，等.TA5鈦合金組織對鍛件性能的(de)影(ying)響[Ｊ].金屬(shu)學報，2002，3８（Ｚ1）：204-205.