隨(sui)著航(hang)空(kong)航(hang)天技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)提(ti)(ti)高,對生(sheng)(sheng)產制造航(hang)空(kong)器材料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)求(qiu)越來(lai)越高,鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)在航(hang)空(kong)航(hang)天中(zhong)具有(you)廣闊(kuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)使用前景(jing)[1]。國內關(guan)于α+β兩相鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究較多,而關(guan)于TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究相對較少,TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)是一種(zhong)應(ying)用十分(fen)廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)(de)近α鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin),它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)、熱(re)(re)(re)穩(wen)性(xing)和(he)(he)抗蠕變性(xing)均很(hen)好,還是重(zhong)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)損傷容限(xian)型鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)[2]。合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)成分(fen)會影(ying)響TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng),研究發(fa)(fa)現,合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)元素對合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響較大,當初(chu)(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)減少、次生(sheng)(sheng)α相片層的(de)(de)(de)(de)(de)(de)寬(kuan)度(du)較細時,合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)提(ti)(ti)高,塑性(xing)下降[3-4]。在熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)過程中(zhong)引入H元素,TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)中(zhong)α相和(he)(he)β相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相對含(han)量(liang)也會隨(sui)H含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)變化(hua)(hua)[5]。隨(sui)著退(tui)火(huo)溫度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)斷(duan)升高,TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)晶粒的(de)(de)(de)(de)(de)(de)等軸化(hua)(hua)程度(du)增大,初(chu)(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)逐(zhu)漸減少[6]。通過退(tui)火(huo)、固(gu)溶+時效和(he)(he)雙重(zhong)熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)等熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)可以優(you)化(hua)(hua)TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)組織(zhi),明顯提(ti)(ti)高合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)[7-9]。合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)適的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形變工(gong)(gong)藝(yi)(yi),可以細化(hua)(hua)TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶粒,提(ti)(ti)高其(qi)綜合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)性(xing)能(neng)(neng)(neng)[10-12]。對熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)加(jia)工(gong)(gong)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)進行(xing)退(tui)火(huo),可以使TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)獲(huo)得最(zui)佳匹配(pei)[13]。熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)不(bu)同,TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)中(zhong)初(chu)(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)量(liang)和(he)(he)形狀均會隨(sui)之(zhi)變化(hua)(hua),進而影(ying)響合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑性(xing)[14]。因此,TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)需要(yao)(yao)經過一系列復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li),才能(neng)(neng)(neng)獲(huo)得組織(zhi)均勻、力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)優(you)異的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半成品或零件,所以對TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)進行(xing)系統的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)研究以及優(you)化(hua)(hua)是非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。本(ben)文通過對鍛壓TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)試樣進行(xing)700~820℃的(de)(de)(de)(de)(de)(de)退(tui)火(huo)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li),研究初(chu)(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相和(he)(he)次生(sheng)(sheng)α相間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變規律,根(gen)據熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)后鍛壓TA15鈦(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)微觀(guan)組織(zhi)和(he)(he)力(li)(li)學(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)(hua)情況,分(fen)析(xi)得到具有(you)最(zui)佳性(xing)能(neng)(neng)(neng)匹配(pei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)(li)(li)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。

1、試驗材料與方法

試驗所選取的材料為鍛壓TA15鈦合金棒材,它的名義成(cheng)分(fen)為Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V。該合(he)金(jin)的實際化學成(cheng)分(fen)如(ru)表1所示。

將(jiang)鍛壓TA15鈦合金試(shi)樣(yang)棒材(cai)表面全部涂(tu)覆(fu)防(fang)氧化涂(tu)料后,先在箱式電阻(zu)爐中進(jin)(jin)行(xing)退(tui)火處(chu)理,再(zai)進(jin)(jin)行(xing)試(shi)樣(yang)棒材(cai)切割、加工出標準(zhun)試(shi)樣(yang)。熱處(chu)理制度為(wei)(700~820)℃×2h,空(kong)冷(AC)(每隔30℃設(she)為(wei)一個熱處(chu)理制度)。退(tui)火處(chu)理工藝如圖1所(suo)示。

不同(tong)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)退火處理(li)后(hou)的(de)鍛壓TA15鈦合(he)(he)金試(shi)(shi)(shi)樣(yang)通過(guo)UTM5350電子萬能試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機進行(xing)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)和室溫(wen)(wen)的(de)拉(la)伸(shen)(shen)性(xing)能測試(shi)(shi)(shi),設備載荷范圍為(wei)0~300kN,載荷精(jing)度(du)(du)(du)為(wei)0.5%,加載速率(lv)(lv)為(wei)0.5 mm·min-1。拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)根據ASTME8/E8M—2011[15]標準制備。按照(zhao)GB/T229—2020[16]要求,在JB-300型擺錘式沖擊(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)機上(shang)進行(xing)沖擊(ji)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)。采用(yong)U形缺口試(shi)(shi)(shi)樣(yang),尺寸為(wei)10mm×10mm×55mm。分(fen)別(bie)測出(chu)不同(tong)熱(re)處理(li)條件(jian)下,室溫(wen)(wen)時的(de)抗拉(la)強度(du)(du)(du)Rm、屈服強度(du)(du)(du)ReL、斷面(mian)收縮率(lv)(lv)Z、伸(shen)(shen)長率(lv)(lv)A、沖擊(ji)功Aku。鍛壓TA15鈦合(he)(he)金高(gao)(gao)溫(wen)(wen)(500℃)拉(la)伸(shen)(shen)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)與室溫(wen)(wen)條件(jian)下的(de)試(shi)(shi)(shi)樣(yang)相(xiang)同(tong),當設定(ding)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)穩定(ding)后(hou)保溫(wen)(wen)20min開始測試(shi)(shi)(shi),分(fen)別(bie)測出(chu)鍛壓TA15鈦合(he)(he)金高(gao)(gao)溫(wen)(wen)時的(de)抗拉(la)強度(du)(du)(du)、斷面(mian)收縮率(lv)(lv)與伸(shen)(shen)長率(lv)(lv)。每種性(xing)能測試(shi)(shi)(shi)3組數據,求平均值,以減少(shao)試(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)所(suo)帶(dai)來的(de)誤差(cha)。

利用OLYMPUS-GX51型倒置(zhi)式(shi)光學(xue)顯(xian)(xian)微鏡(jing)對熱(re)處理(li)(li)(li)后的(de)(de)(de)鍛壓TA15鈦合(he)金(jin)金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)組織進(jin)行(xing)(xing)觀察,顯(xian)(xian)微照片(pian)利用PhotoShop進(jin)行(xing)(xing)處理(li)(li)(li),將初生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)進(jin)行(xing)(xing)涂黑(hei)處理(li)(li)(li),處理(li)(li)(li)后可(ke)觀察到相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)組成(cheng)情況。通(tong)過顯(xian)(xian)微鏡(jing)自帶的(de)(de)(de)QLYCIAm3軟件(jian)對處理(li)(li)(li)后的(de)(de)(de)金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)組織進(jin)行(xing)(xing)分析(xi),統計顯(xian)(xian)微組織中各主要(yao)組成(cheng)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)對體積分數(shu)。QLYCIAm3金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)分析(xi)系統可(ke)以利用數(shu)學(xue)、光 學(xue)等(deng)技術理(li)(li)(li)論,對金(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)照片(pian)進(jin)行(xing)(xing)圖像分析(xi)、面積形(xing)態分析(xi)和粒子計數(shu)分析(xi)等(deng),被廣(guang)泛(fan)應(ying)用于材(cai)料檢測(ce)等(deng)科學(xue)和工程研(yan)究,為材(cai)料生(sheng)(sheng)產(chan)過程提供質量控制。

2、結果與討論

2.1顯微組織分析

圖(tu)2為(wei)不(bu)同熱(re)處理制度(du)下鍛壓TA15鈦合金的(de)(de)(de)金相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)織,初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)等軸(zhou)狀,次(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)片層狀,熱(re)處理后(hou)等軸(zhou)狀初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)分布(bu)均勻(yun)。圖(tu)2a為(wei)700℃退火(huo)后(hou)的(de)(de)(de)顯微組(zu)織,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)成主要為(wei)初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)、部(bu)分次(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)、還有少量(liang)基體β相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)所占比(bi)例最大(da);圖(tu)2b和(he)圖(tu)2c分別為(wei)730和(he)760℃退火(huo)后(hou)的(de)(de)(de)顯微組(zu)織,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)成包(bao)括(kuo)初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)次(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)占絕(jue)大(da)部(bu)分,但在700℃退火(huo)后(hou)有所降低,說明初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)隨著溫度(du)的(de)(de)(de)升高逐(zhu)漸減少,次(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)隨著溫度(du)的(de)(de)(de)升高逐(zhu)漸增加(jia);圖(tu)2d和(he)圖(tu)2e分別為(wei)790和(he)820℃退火(huo)后(hou)的(de)(de)(de)顯微組(zu)織,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)成包(bao)括(kuo)初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)次(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang),次(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)隨著溫度(du)的(de)(de)(de)升高逐(zhu)漸增多,初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)含(han)量(liang)隨著退火(huo)溫度(du)的(de)(de)(de)升高而降低,基體β相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)含(han)量(liang)變化(hua)不(bu)大(da)。

通過(guo)(guo)觀察金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)(zu)織(zhi),發現不同熱處(chu)理(li)溫度的(de)(de)(de)試樣中(zhong),初生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)、次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)以(yi)及(ji)β相(xiang)(xiang)(xiang)之間黏(nian)連在一(yi)起,不便(bian)于統(tong)計(ji)組(zu)(zu)織(zhi)中(zhong)各相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)含量。利(li)用PhotoShop軟(ruan)件對(dui)顯微(wei)組(zu)(zu)織(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)初生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)進(jin)行涂黑處(chu)理(li),其余為次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)以(yi)及(ji)基體β相(xiang)(xiang)(xiang)。再(zai)通過(guo)(guo)QLYCIAm3金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)分析(xi)系統(tong)處(chu)理(li)涂黑的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi),對(dui)各相(xiang)(xiang)(xiang)進(jin)行體積分數(shu)統(tong)計(ji),取3組(zu)(zu)數(shu)據求平均值(zhi),得到各相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)體積分數(shu)。處(chu)理(li)后的(de)(de)(de)鍛壓TA15鈦合金(jin)(jin)金(jin)(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)(zu)織(zhi)如(ru)圖(tu)3所示,圖(tu)3中(zhong)初生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)標注為深色,其余為次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)以(yi)及(ji)基體β相(xiang)(xiang)(xiang)。

鍛壓(ya)TA15鈦合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)塑(su)(su)性由次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)初(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)決定(ding)。提高(gao)初(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang),合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)塑(su)(su)性變(bian)大,提高(gao)次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang),合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)塑(su)(su)性降低。圖4為(wei)不同熱處理制度(du)下(xia)鍛壓(ya)TA15鈦合(he)金(jin)中(zhong)初(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)、次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對體(ti)(ti)積(ji)分數。退火(huo)(huo)溫度(du)為(wei)700℃時,初(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對體(ti)(ti)積(ji)分數為(wei)70.35%,次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對體(ti)(ti)積(ji)分數為(wei)3.84%。退火(huo)(huo)溫度(du)為(wei)820℃時,初(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對體(ti)(ti)積(ji)分數為(wei)46.94%,次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對體(ti)(ti)積(ji)分數為(wei)18.26%。隨著退火(huo)(huo)溫度(du)的(de)(de)(de)(de)逐漸升高(gao),初(chu)(chu)生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)逐漸降低,次生(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)逐漸增加,基體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)基本不變(bian)。

2.2退火處理(li)對鍛壓TA15鈦合金力學性能的影(ying)響

2.2.1室溫力學性(xing)能測試

鍛壓TA15鈦合(he)(he)(he)金退(tui)火(huo)處理后,室溫(wen)(wen)條件下的(de)(de)(de)力學性(xing)能如圖(tu)5所示。圖(tu)5a為(wei)(wei)鍛壓TA15鈦合(he)(he)(he)金抗(kang)拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)曲線(xian),隨(sui)著退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao),抗(kang)拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)逐(zhu)漸增大(da),退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)為(wei)(wei)820 ℃時(shi),不同(tong)(tong)(tong)取(qu)樣方(fang)向下的(de)(de)(de)試樣的(de)(de)(de)抗(kang)拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)均(jun)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)大(da)值,其(qi)中縱(zong)向抗(kang)拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)達(da)(da)到(dao)(dao)986MPa;圖(tu)5b為(wei)(wei)鍛壓TA15鈦合(he)(he)(he)金屈服強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)曲線(xian),總體來說,隨(sui)著退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao),與抗(kang)拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)規律相似,在820℃時(shi)縱(zong)向屈服強(qiang)度(du)(du)(du)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)大(da)值882MPa;圖(tu)5c、圖(tu)5d分別為(wei)(wei)鍛壓TA15鈦合(he)(he)(he)金伸(shen)長(chang)率和斷面收(shou)縮率的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)曲線(xian),隨(sui)退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao),相同(tong)(tong)(tong)取(qu)樣方(fang)向的(de)(de)(de)力學性(xing)能的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)趨(qu)勢(shi)基本(ben)相同(tong)(tong)(tong),820℃退(tui)火(huo)的(de)(de)(de)樣品(pin),其(qi)縱(zong)向伸(shen)長(chang)率為(wei)(wei)13.5%;圖(tu)5e為(wei)(wei)鍛壓TA15鈦合(he)(he)(he)金沖(chong)擊韌(ren)性(xing)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)曲線(xian),不同(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)取(qu)樣方(fang)向,性(xing)能的(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)規律也不同(tong)(tong)(tong),隨(sui)著退(tui)火(huo)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao),橫向取(qu)樣時(shi),沖(chong)擊韌(ren)性(xing)呈“幾(ji)”字(zi)形變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua);縱(zong)向取(qu)樣時(shi),沖(chong)擊韌(ren)性(xing)在800℃時(shi)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)大(da)值后略有降低。

2.2.2高溫力學性能(neng)測試

鍛壓(ya)TA15鈦(tai)合(he)(he)金(jin)退火處理后,高(gao)溫(wen)(500℃)力學性(xing)能如圖6所示。圖6a為(wei)鍛壓(ya)TA15鈦(tai)合(he)(he)金(jin)抗拉強(qiang)度的(de)變化規(gui)律(lv)(lv),橫(heng)(heng)向(xiang)抗拉強(qiang)度在(zai)820℃時(shi)(shi)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)(zui)大值;圖6b為(wei)鍛壓(ya)TA15鈦(tai)合(he)(he)金(jin)伸(shen)長(chang)率(lv)的(de)變化規(gui)律(lv)(lv),隨著退火溫(wen)度的(de)升高(gao),橫(heng)(heng)向(xiang)伸(shen)長(chang)率(lv)在(zai)760℃時(shi)(shi)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)(zui)大值,縱向(xiang)伸(shen)長(chang)率(lv)在(zai)820℃時(shi)(shi)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)(zui)大值;圖6c為(wei)鍛壓(ya)TA15鈦(tai)合(he)(he)金(jin)斷面(mian)(mian)收(shou)縮(suo)率(lv)的(de)變化規(gui)律(lv)(lv),橫(heng)(heng)向(xiang)斷面(mian)(mian)收(shou)縮(suo)率(lv)在(zai)760℃時(shi)(shi)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)(zui)大值58%,縱向(xiang)斷面(mian)(mian)收(shou)縮(suo)率(lv)在(zai)820℃時(shi)(shi)達(da)(da)到(dao)(dao)最(zui)(zui)(zui)大值63%。

2.3退(tui)火處理后鍛壓TA15鈦合金的(de)顯(xian)微組織與力學性能的(de)關系

由以(yi)(yi)(yi)上結果可以(yi)(yi)(yi)看出,鍛壓(ya)TA15鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)顯微組(zu)(zu)(zu)織(zhi)對熱處理(li)工藝(yi)參數十(shi)分敏感,采用不同的(de)(de)(de)(de)退(tui)(tui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)可以(yi)(yi)(yi)得(de)到不同的(de)(de)(de)(de)顯微組(zu)(zu)(zu)織(zhi),而合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)力學性(xing)能(neng)又取決于(yu)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)中(zhong)各組(zu)(zu)(zu)成相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)形態、相(xiang)(xiang)(xiang)對體積分數和大(da)小(xiao)尺寸等(deng)因素。鍛壓(ya)TA15鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)顯微組(zu)(zu)(zu)織(zhi)在(zai)700~820℃的(de)(de)(de)(de)退(tui)(tui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)范圍(wei)內,金(jin)(jin)(jin)(jin)相(xiang)(xiang)(xiang)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)主要(yao)包括初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)、次(ci)(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)以(yi)(yi)(yi)及基(ji)(ji)體β相(xiang)(xiang)(xiang)。隨(sui)著(zhu)退(tui)(tui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)逐漸升高,初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)減(jian)少(shao),次(ci)(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)增多,在(zai)820℃時初生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)最(zui)(zui)少(shao),次(ci)(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)最(zui)(zui)多,基(ji)(ji)體β相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)(liang)基(ji)(ji)本沒有變(bian)化(hua)。退(tui)(tui)火(huo)(huo)后鍛壓(ya)TA15鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)力學性(xing)能(neng)發生(sheng)(sheng)(sheng)明顯變(bian)化(hua),隨(sui)著(zhu)退(tui)(tui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)升高,鍛壓(ya)TA15鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)抗拉強度(du)和屈服強度(du)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化(hua)趨勢基(ji)(ji)本一致,在(zai)820℃時達到最(zui)(zui)大(da)值(zhi)(zhi);伸長(chang)(chang)率(lv)、斷面收縮率(lv)、沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)隨(sui)著(zhu)退(tui)(tui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)(de)升高并未單(dan)調的(de)(de)(de)(de)下降(jiang),在(zai)不同的(de)(de)(de)(de)退(tui)(tui)火(huo)(huo)溫(wen)度(du)下也會(hui)出現最(zui)(zui)大(da)值(zhi)(zhi)。這(zhe)是因為(wei):在(zai)雙態組(zu)(zu)(zu)織(zhi)中(zhong),隨(sui)著(zhu)初生(sheng)(sheng)(sheng)等(deng)軸α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)減(jian)少(shao),β基(ji)(ji)體、次(ci)(ci)生(sheng)(sheng)(sheng)片(pian)層α相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)界面增多,會(hui)使鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)強度(du)提(ti)高,伸長(chang)(chang)率(lv)降(jiang)低,而α相(xiang)(xiang)(xiang)和原始β相(xiang)(xiang)(xiang)晶(jing)粒尺寸的(de)(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)有利于(yu)提(ti)高鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)(de)(de)塑(su)性(xing)。鍛壓(ya)TA15鈦(tai)(tai)(tai)合(he)(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在(zai)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)點溫(wen)度(du)以(yi)(yi)(yi)下進行熱處理(li),820℃時的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)和性(xing)能(neng)匹配(pei)最(zui)(zui)佳(jia)。

3、結論

(1)鍛壓TA15鈦(tai)合金(jin)在700~820℃退火處(chu)理(li)后(hou),顯微組織中(zhong)主要由初生等(deng)軸α相(xiang)(xiang)、基體β相(xiang)(xiang)以及次生片層狀(zhuang)α相(xiang)(xiang)組成。

(2)隨著退火溫度的升高,初生α相(xiang)(xiang)的含(han)量逐漸降低,相(xiang)(xiang)對體積分數由70.35%降至46.42%,次生α相(xiang)(xiang)的相(xiang)(xiang)對體積分數由3.84%升高至18.26%。

(3)鍛(duan)壓TA15鈦合(he)(he)金(jin)的(de)(de)力學性(xing)能與取樣方向(xiang)有關,室溫(wen)和高(gao)溫(wen)(500℃)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)(de)力學性(xing)能受不同熱處理制度(du)的(de)(de)影響較大(da)。且隨著退(tui)火溫(wen)度(du)的(de)(de)升(sheng)高(gao),鍛(duan)壓TA15鈦合(he)(he)金(jin)強度(du)先(xian)降低(di)后(hou)升(sheng)高(gao),塑性(xing)先(xian)增高(gao)后(hou)降低(di)。

(4)對(dui)比不同熱處理溫度(du)下樣品的(de)室溫和(he)高溫(500℃)條件(jian)下的(de)拉伸(shen)性能,在820℃退火的(de)樣品,其抗拉強(qiang)度(du)最高為(wei)986MPa,伸(shen)長率(lv)為(wei)13.5%,強(qiang)度(du)和(he)塑(su)性匹(pi)配較好。

參考文獻:

[1] 陳國琳,吳(wu)鵬煒, 王自東.鈦合金的發(fa)展(zhan)現狀及應用前景(jing)[J].艦船科學技術, 2009, 31 (12): 110-113.

Chen G L, Wu P W, Wang Z D.The development prospect and current status of titanium alloys [J].ShipScience and Technolo-gy, 2009, 31 (12): 110-113.

[2] Qian G L, Song X Y, Ye W J, et al.Effects of ultrasonic impact treatment on the residual stress and microstructure of TA15welded joint [J].Materials Science    Forum, 2017, 898 (13): 1056-1062.

[3] 隋楠,曹京霞, 黃(huang)旭, 等.合(he)(he) 金(jin)成(cheng)分對 TA15鈦合(he)(he)金(jin) 組織及力學(xue)性(xing)能的(de)影響 [ J] .航空材料學(xue)報, 2019, 39 ( 1) :48-54.

Sui N, Cao J X, Huang X, et al.Effect of  composition on  micro-structure and mechanical properties of TA15titanium alloy [J].Journal of Aeronautical Materials, 2019, 39 (1): 48-54.

[4] 史瑩瑩,劉(liu)釗, 陳峰(feng), 等.Φ1040mm 規(gui)格 TA15鈦(tai)合金鑄錠生產工藝研究 [J].世界有(you)色金屬(shu), 2018, 16 (23): 9-12.

Shi Y Y, Liu Z, Chen F, et al.Preparation technology research of Φ1040 mm TA15titanium alloy ingot [ J].World NonferrousMetals, 2018, 16 (23): 9-12.

[5] 梁培新,朱(zhu)衛東, 楊剛, 等.滲氫(qing)工藝對(dui)TA15鈦合金氫(qing)含量和(he)顯(xian)微組織的影響 [ J].鍛壓技術,2020,45 ( 8): 190 -194.

Liang P X, Zhu W  D, Yang G, et al.Influence of hydrogen per-meation process on hydrogen content and microstructure of TA15ti-taniumalloy [ J].Forging &StampingTechnology, 2020, 45(8): 190-194.

[6] 侯艷榮,賴運金(jin), 杜予晅(xuan), 等.熱處(chu)理對(dui) TA15鈦合金(jin)棒材沖擊(ji)性能的(de)影響 [J].熱加工(gong)工(gong)藝, 2011, 40 (2): 182-183.

Hou Y R, Lai Y J, Du Y X, et al.Effect of heat treatment process on impact property of TA15alloy [J].Hot Working Tech-nology, 2011, 40 (2): 182-183.

[7] 盧(lu)凱(kai)凱(kai),周立(li)鵬(peng), 段啟(qi)輝, 等(deng).熱處理工藝對(dui) TA15鈦合金(jin)棒材(cai)組(zu)織和性(xing)能的影(ying)響 [ J].鈦 工業(ye)進展, 2018, 35 ( 4):35-39.

Lu K K, Zhou L P, Duan Q H, et al.Effect of heat treatment procss on microstructure and mechanical properties of TA15titani-umalloy bars [J].Titanium Industry Progress, 2018, 35 (4):35-39.

[8] 盧凱凱,周立鵬(peng),李敏娜, 等(deng).強韌化熱處(chu)理(li)(li)對TA15鈦合金組(zu)織和性能的(de)影響 [ J].材料熱處(chu)理(li)(li)學報, 2020, 41 (1):44-49.

Lu K K, Zhou L P, Li M N, et al.Effect of strengthening and toughening heat treatment on microstructure and mechanical proper-ties of TA15titanium  alloy [ J].Transactions of Materials and Heat Treatment, 2020, 41 (1): 44-49.

[9] 劉航,李偉, 張鏡斌.TA15鈦合金雙重熱(re)處理三態組織(zhi)中的片層α尺寸研究 [J].熱(re)加工(gong)工(gong)藝, 2021, 50 (14): 142-145, 149.

Liu H, Li W, Zhang J B.Study on size  of lamellarαin tri-modal microstructure of TA15Ti-alloy during dual heat treatment [ J].Hot Working Technology, 2021, 50 (14): 142-145, 149.

[10]檀雯,都海剛, 楊軍, 等.TA15鈦合金(jin)厚板(ban)熱軋變形規律研究(jiu) [J].有色金(jin)屬(shu)材料(liao)與工程(cheng), 2020, 41 (4): 17-23.

Tan W, Du H G, Yang J, et al.Study on deformation mecha-nisms of TA15titanium alloy plate during hot rolling [J].Nonfer-rous Metal Materials and Engineering, 2020, 41 (4): 17-23.

[11]紀(ji)小虎,李萍, 時迎賓(bin), 等.TA15鈦合金等溫多向鍛造晶粒細化(hua)機理與力(li)學(xue)性能 [ J].中國(guo)有色(se)金屬學(xue)報, 2019, 29(11): 2515-2523.

Ji X H,Li P, ShiY B, et al.Grain refinement mechanism and mechanical properties of TA15alloy during multi-directional iso-thermal forging [ J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2019, 29 (11): 2515-2523.

[12]李建偉(wei),劉瀏, 鄒(zou)宗樹.不(bu)同等溫鍛 TA15鈦合金試驗件的組織(zhi)與力學性能研(yan)究(jiu) [J].熱加工工藝, 2019, 48 (1): 151-157.

Li J W, Liu L,Zou  Z  S.  Study  of  microstructure  and  mechanical  properties  of  TA15  titanium  alloy  test  parts  with  different  isothermal  forging  processes [ J ].  Hot  Working  Technology, 2019, 48  (1): 151-157.

[13]  謝英杰(jie),  付文杰(jie), 王蕊寧, 等(deng).  熱處理對 TA15鈦(tai)合金中厚(hou)板  材組(zu)織及(ji)力(li)學性能的(de)影(ying)響 [J].  鈦(tai)工業進展, 2013, 30 (6):  26-29.

Xie  Y  J, Fu  W  J, Wang  R  N, et  al.  Effect  of  heat  treatment  on  microstructure  and  mechanical  properties  of  TA15  plats [J].  Tita-  nium  Industry  Progress, 2013, 30 (6): 26-29.

[14]  尤中源,  劉文言, 陳榮(rong), 等.  α 相含量對新(xin)型(xing)亞(ya)穩β鈦合(he)金動  態力學性能的(de)影響 [ J].  稀有金屬(shu), 2021, 45 ( 7): 891 -  896.

You  Z  Y, Liu  W  Y, Chen  R, et  al.  Dynamic  mechanical  proper-  ties  of  new  type  of  metastable  titanium  alloy  with  different  α  phase  content [J].  Chinese  Journal  of  Rare  Metals, 2021, 45 ( 7):  891-896.

[15]  ASTM  E8/ E8M—2011, 金屬材料拉伸(shen)試驗方法(fa) [S].  ASTM  E8/ E8M—2011, Standard  test  methods  for  tension  testing  of  metallic  materials [S].

[16]  GB / T  229—2020, 金屬(shu)材料夏比擺錘沖擊(ji)試驗方法 [S].  GB / T  229—2020,  Metallic  materials  Charpy  pendulum  impact  test  method [S].