鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)具(ju)有(you)密度(du)小、比強(qiang)(qiang)度(du)大、耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)(xing)好、耐(nai)熱耐(nai)低溫性(xing)(xing)(xing)(xing)好、無磁性(xing)(xing)(xing)(xing)、抗沖擊性(xing)(xing)(xing)(xing)好、焊接性(xing)(xing)(xing)(xing)能好等(deng)(deng)突出優點，廣(guang)泛應(ying)用于(yu)船舶與海(hai)(hai)洋(yang)工程領域。鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)在(zai)艦船上(shang)的應(ying)用提高了艦船在(zai)海(hai)(hai)洋(yang)環境(jing)中(zhong)服役的壽命和裝備(bei)的性(xing)(xing)(xing)(xing)能。因此鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)被譽(yu)為“未來金(jin)(jin)(jin)(jin)屬”、“第三金(jin)(jin)(jin)(jin)屬”、“海(hai)(hai)洋(yang)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬”等(deng)(deng)[1]。TA5合金(jin)(jin)(jin)(jin)是一種全(quan)α型(xing)鈦(tai)(tai)合金(jin)(jin)(jin)(jin)，含有(you)4%鋁、0.005% 硼，其抗拉(la)強(qiang)(qiang)度(du)比工業純鈦(tai)(tai)高，屬于(yu)中(zhong)等(deng)(deng)強(qiang)(qiang)度(du)合金(jin)(jin)(jin)(jin)，可制(zhi)作成(cheng)板(ban)材(cai)、棒材(cai)和鍛件，是海(hai)(hai)水環境(jing)下的理想(xiang)結構材(cai)料。目前該合金(jin)(jin)(jin)(jin)廣(guang)泛應(ying)用于(yu)造(zao)船工業，如耐(nai)壓殼體、魚(yu)雷發動裝置(zhi)、動力裝置(zhi)等(deng)(deng)，也(ye)應(ying)用于(yu)各類兵器制(zhi)造(zao)[2-4]。

試驗通過對不同工藝的TA5鈦合金板材組織和(he)性(xing)能(neng)的對(dui)(dui)比分析，研究(jiu)了鍛造開壞、板材軋制、火及(ji)熱矯形(xing)工(gong)藝對(dui)(dui)TA5合金(jin)板材顯微組織和(he)力學(xue)性(xing)能(neng)的影響(xiang)規律，希望能(neng)對(dui)(dui)今后TA5合金(jin)板材研制與生產提供一定的理(li)論依據，最終獲得滿足(zu)船舶標準的TA5合金(jin)板材。

1、試驗材料與方法

試驗(yan)采用(yong)(yong)撫順(shun)特(te)鋼經3次真(zhen)空自耗重熔的(de)(de)TA5合金Φ610mm鑄錠，用(yong)(yong)化學(xue)(xue)分(fen)析法(fa)分(fen)析鑄錠的(de)(de)成(cheng)分(fen)，化學(xue)(xue)成(cheng)分(fen)滿足：3.3~4.7A1,0.005B，0.30 Fe, ≤0.08 C, ≤0.04 N,≤0.015 H, ≤0.150,其余為Ti（質(zhi)量分(fen)數，% ）。用(yong)(yong)金相法(fa)測(ce)定合金的(de)(de)相變點為995℃~1005℃。鑄錠經3150t快(kuai)鍛(duan)機開(kai)壞后，采用(yong)(yong)1400mm軋(ya)(ya)機軋(ya)(ya)制成(cheng)4.0mm板(ban)材(cai)。板(ban)材(cai)經退火、熱矯形后進行(xing)力學(xue)(xue)性能(neng)測(ce)試和顯(xian)(xian)微組(zu)(zu)織觀察，分(fen)析不(bu)同工(gong)藝(yi)對(dui)TA5合金板(ban)材(cai)顯(xian)(xian)微組(zu)(zu)織和力學(xue)(xue)性能(neng)的(de)(de)影響，具體工(gong)藝(yi)如表(biao)1所示。采用(yong)(yong)工(gong)藝(yi)1~9生(sheng)產(chan)的(de)(de)TA5合金板(ban)材(cai)力學(xue)(xue)性能(neng)如表(biao)2所示，其對(dui)應的(de)(de)顯(xian)(xian)微組(zu)(zu)織如圖1(a）~(i)所示。

2、結果與分析

2.1鍛(duan)造(zao)開壞工藝對組織與性能的影響(xiang)

采用工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)1、2和(he)(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)4、5生產(chan)的TA5合金板材的顯(xian)微組織(zhi)(zhi)，如圖1(a）、圖1(b）和(he)(he)圖1(d）、圖1(e）所(suo)示(shi)，力(li)學性能見表2。工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)1和(he)(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)4中(zhong)板壞(huai)第2火次(ci)鍛造(zao)均在(zai)相(xiang)變點(dian)以上150℃變形。通過工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)1與(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)2、工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)4與(yu)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)5對(dui)比(bi)可知，采用工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)1和(he)(he)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)4鍛造(zao)的板壞(huai)軋制(zhi)成板材后(hou)，顯(xian)微組織(zhi)(zhi)粗化并且均勻化程度(du)較低，再結晶等軸α相(xiang)含量少，個(ge)別區(qu)域存在(zai)帶狀纖維組織(zhi)(zhi)，因此(ci)采用工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)1和(he)(he)4生產(chan)的板材強度(du)較高，與(yu)技術條件要求相(xiang)比(bi)富余量很大，但塑性變化不大。

2.2軋(ya)制工藝對組織(zhi)與性能的(de)影響

工(gong)藝(yi)3熱軋開(kai)壞時采用換(huan)向軋制(zhi)，壞料(liao)變形20%~30%后旋轉90°進行軋制(zhi)，顯微(wei)組(zu)織如(ru)圖1(c)所示，與(yu)工(gong)藝(yi)1相(xiang)比，如(ru)圖1(a)所示，換(huan)向軋制(zhi)可充分(fen)破(po)碎晶(jing)粒(li)，消(xiao)除(chu)方向性，組(zu)織均(jun)勻化程度(du)高，含有大(da)(da)量(liang)的(de)再結晶(jing)等(deng)軸α相(xiang)。由于(yu)換(huan)向軋制(zhi)組(zu)織均(jun)勻，退火(huo)過程中的(de)能量(liang)將更多地用于(yu)再結晶(jing)晶(jing)粒(li)的(de)長(chang)大(da)(da)，因此板材(cai)強(qiang)度(du)顯著(zhu)降低，特別(bie)是抗拉強(qiang)度(du)降低幅度(du)很大(da)(da)，塑(su)性明顯升高。

工(gong)藝(yi)2為精(jing)軋(ya)(ya)(ya)采(cai)用(yong)(yong)冷軋(ya)(ya)(ya)，其顯(xian)微組織(zhi)如圖(tu)1（b）所示。與工(gong)藝(yi)5和工(gong)藝(yi)6精(jing)軋(ya)(ya)(ya)采(cai)用(yong)(yong)熱軋(ya)(ya)(ya)相比，如圖(tu)1（e）、圖(tu)1(f），精(jing)軋(ya)(ya)(ya)采(cai)用(yong)(yong)冷軋(ya)(ya)(ya)的板材(cai)晶(jing)粒尺寸細化(hua)，強度(du)明顯(xian)升高，塑性降低。這是由(you)于冷軋(ya)(ya)(ya)是在再(zai)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)溫度(du)以(yi)下進(jin)行(xing)，軋(ya)(ya)(ya)制過程無再(zai)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)發(fa)生(sheng)，產生(sheng)加工(gong)硬化(hua)，退火(huo)過程才發(fa)生(sheng)再(zai)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)；而(er)熱軋(ya)(ya)(ya)是在再(zai)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)溫度(du)以(yi)上進(jin)行(xing)，軋(ya)(ya)(ya)制過程發(fa)生(sheng)動態再(zai)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)，軋(ya)(ya)(ya)后(hou)冷卻(que)及退火(huo)過程中繼續發(fa)生(sheng)再(zai)結(jie)(jie)(jie)晶(jing)，并伴隨晶(jing)粒長大，進(jin)一步(bu)使(shi)組織(zhi)均勻(yun)等(deng)軸化(hua)。

工(gong)藝(yi)5和工(gong)藝(yi)6的精軋(ya)溫度分別為(wei)相變(bian)點(dian)以下80℃、相變(bian)點(dian)以下50℃，其顯微組織(zhi)如圖(tu)1（e）、圖(tu)1(f)。由于精軋(ya)溫度升高，熱(re)(re)軋(ya)過程中產生的熱(re)(re)能更高，存儲于晶粒內部(bu)(bu)的能量(liang)更大，為(wei)熱(re)(re)變(bian)形過程中晶粒的回復(fu)和長大提供(gong)了較高的能量(liang)，在軋(ya)后冷卻和退火過程中部(bu)(bu)分被(bei)破碎(sui)的細小(xiao)晶粒可得到(dao)重(zhong)新長大，促進組織(zhi)均勻(yun)等軸化[5-6]，此(ci)精軋(ya)溫度升高，板材強度降(jiang)低，塑性升高。

2.3退火及熱矯形工(gong)藝對組織與性能的影響

工(gong)藝6和工(gong)藝7的(de)(de)退火溫(wen)度分別(bie)為(wei)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)點以(yi)下270℃和相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)點以(yi)下300℃，保溫(wen)時間相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)，然后均采用相(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)的(de)(de)熱矯形工(gong)藝。兩(liang)種工(gong)藝生產的(de)(de)板材顯微(wei)組織分別(bie)如圖(tu)1(f）、圖(tu)1（g）所示。

與工藝(yi)(yi)(yi)6相(xiang)比，采用(yong)工藝(yi)(yi)(yi)7生產(chan)的(de)(de)板(ban)材α相(xiang)晶粒尺(chi)寸明顯粗大(da)，組織等軸均勻化(hua)程(cheng)(cheng)度(du)高(gao)。由于(yu)板(ban)材退(tui)(tui)火(huo)后(hou)(hou)進行熱(re)(re)矯形(xing)(xing)，熱(re)(re)矯形(xing)(xing)溫(wen)度(du)為相(xiang)變點以(yi)下280℃，保(bao)溫(wen)時間(jian)一般在(zai)(zai)(13~15）h，在(zai)(zai)保(bao)溫(wen)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，最(zui)后(hou)(hou)（2~4）h料(liao)(liao)溫(wen)可達到相(xiang)變點以(yi)下300℃。這(zhe)對(dui)(dui)于(yu)采用(yong)工藝(yi)(yi)(yi)6退(tui)(tui)火(huo)的(de)(de)板(ban)材來說，由于(yu)熱(re)(re)矯形(xing)(xing)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)料(liao)(liao)溫(wen)低于(yu)退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度(du)，不足(zu)以(yi)破(po)壞退(tui)(tui)火(huo)后(hou)(hou)的(de)(de)組織平衡(heng)關系，基本不會(hui)影(ying)響板(ban)材的(de)(de)性能；而對(dui)(dui)于(yu)采用(yong)工藝(yi)(yi)(yi)7退(tui)(tui)火(huo)的(de)(de)板(ban)材來說，熱(re)(re)矯形(xing)(xing)過(guo)程(cheng)(cheng)相(xiang)當于(yu)延(yan)長(chang)(chang)的(de)(de)退(tui)(tui)火(huo)保(bao)溫(wen)時間(jian)，因此，造成(cheng)α相(xiang)晶粒進一步長(chang)(chang)大(da)，強度(du)降低了50MPa左右。因此在(zai)(zai)退(tui)(tui)火(huo)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，退(tui)(tui)火(huo)溫(wen)度(du)一定(ding)要高(gao)于(yu)熱(re)(re)矯形(xing)(xing)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)料(liao)(liao)溫(wen)，避(bi)免后(hou)(hou)續熱(re)(re)矯形(xing)(xing)過(guo)程(cheng)(cheng)對(dui)(dui)板(ban)材組織性能產(chan)生影(ying)響。

板材(cai)一次熱矯(jiao)(jiao)形不平度可(ke)達(da)到標(biao)準要求(qiu)的(de)5mm/m。為(wei)進(jin)一步(bu)改善不平度，板材(cai)需采(cai)用(yong)二次或三次熱矯(jiao)(jiao)形。工藝6、8、9熱矯(jiao)(jiao)形溫(wen)(wen)度均(jun)為(wei)相(xiang)(xiang)變點(dian)以(yi)下(xia)280℃，熱矯(jiao)(jiao)形次數/保溫(wen)(wen)時間分別(bie)為(wei)一次/保溫(wen)(wen)（13~15）h、一次/保溫(wen)(wen)（13~15）h+二次/保溫(wen)(wen)（6~8)h;一次/保溫(wen)(wen)（13~15）h+二次/保溫(wen)(wen)（6~8）h+三次/保溫(wen)(wen)（6~8）h。不同熱矯(jiao)(jiao)形工藝的(de)顯(xian)(xian)微(wei)組織(zhi)如(ru)圖(tu)1（f）、圖(tu)1（h）、圖(tu)1（i)所(suo)示。隨著(zhu)熱矯(jiao)(jiao)形次數的(de)增(zeng)加，顯(xian)(xian)微(wei)組織(zhi)進(jin)一步(bu)均(jun)勻等軸化，并且再(zai)結晶(jing)α相(xiang)(xiang)晶(jing)粒長大，但α相(xiang)(xiang)晶(jing)粒尺寸的(de)這(zhe)種輕微(wei)變化不足以(yi)影響(xiang)室(shi)溫(wen)(wen)拉伸性能(neng)(neng)的(de)明顯(xian)(xian)變化，如(ru)表(biao)2所(suo)示。因(yin)此，板材(cai)采(cai)用(yong)二次或三次熱矯(jiao)(jiao)形，不會對(dui)室(shi)溫(wen)(wen)力學性能(neng)(neng)造(zao)成影響(xiang),不平度可(ke)達(da)到(2~3）mm/m。

3、結論

（1）板(ban)壞鍛造時，第2火次采(cai)用(yong)相變點以上150℃變形，造成板(ban)材組織(zhi)粗化，呈纖維(wei)狀，強度富余量大，但塑性變化不大。

（2）采用換(huan)向(xiang)軋(ya)制(zhi)的板(ban)材(cai)組織(zhi)均勻(yun)(yun)等軸(zhou)化(hua)(hua)，并且再結(jie)晶(jing)晶(jing)粒尺(chi)寸增大(da)，板(ban)材(cai)強度(du)顯(xian)著降(jiang)低，塑(su)性明(ming)顯(xian)升高(gao)隨(sui)著精軋(ya)溫度(du)的升高(gao)，再結(jie)晶(jing)晶(jing)粒均勻(yun)(yun)化(hua)(hua)長大(da)趨勢(shi)明(ming)顯(xian)，強度(du)降(jiang)低，塑(su)性升高(gao)。

（3）為(wei)了避免熱矯(jiao)形(xing)過程對板材(cai)(cai)組織性能產(chan)生影(ying)響，退火溫度(du)應(ying)該高于熱矯(jiao)形(xing)過程中的料溫；板材(cai)(cai)采用二次(ci)或(huo)三次(ci)熱矯(jiao)形(xing)，不平度(du)可達到(2~3）m m /m ,室溫力(li)學(xue)性能基本(ben)不變。

（4）通過工藝1~9對比可知，工藝6不僅簡單易行，而且采用其生產的板材組織為均勻細化的等軸組織，強度和塑性匹配良好，不平度達標，因此工藝6為TA5鈦合金板材的最佳工藝。

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