Gr.38鈦合金的退火工藝

  鈦合金作為輕量化結構材料,具有優異的綜合性能,密度小、比強度高、疲勞強度和抗裂紋擴展能力好,抗蝕性能優異,焊接性能良好等,因此在航空、航天、汽車、造船、能源等行業具有日益廣闊的應用前景。Gr.38鈦合金是美國ATI技術公司開發的一種新鈦合金,可代替最通用的中高強鈦合金,其名義成分為Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O,是一種α+β型高強鈦合金。與TC4合金相比,Gr.38合金利用鐵代替較高成本的釩作為β穩定元素,其強度與TC4合金相當,伸長率相當或略高,但與之不同的是其既能熱加工又能冷加工,可制成薄板、卷材、條材、精密熱扎帶材、厚板、無縫管材以及鑄件和工程化產品。鑒于Gr.38鈦合金具有極佳的超塑成形性和開孔疲勞性能,而且還可進行摩擦攪動焊接,其用途十分廣泛,頗適合用來取代鋼、鋁、復合材料、純鈦材及其他鈦合金,特別是在航空航天以及軍事防御系統方面有極其廣闊的應用前景。目前對該合金的研究報道非常少,因此,科研人員研究了Gr.38鈦合金小棒材的不同退火制度對顯微組織、力學性能和拉伸斷口形貌的影響。

  制備Gr.38鈦合金所用主要原料為海綿鈦和添加合金元素,添加的合金元素有鋁釩合金、鋁豆、鐵釘、二氧化鈦。經混料、電極制備等過程,最后利用真空自耗電弧爐兩次真空熔煉,制備Φ440mm的鑄錠。利用升溫金相法測得Gr.38鈦合金的相變點為970±5℃,Φ440mm鑄錠經過8火次的鍛造,最終熱軋至Φ20mm的棒材,狀態為軋態。退火制度為分別在830、930、950、1000℃保溫1h后爐冷、水冷和空冷。

  在成品棒材上切取75mm長的試棒作為力學性能試樣,切取20mm長的試棒作為金相試樣,經退火處理后完成試驗內容。試驗內容主要是測試不同退火制度下的顯微組織、室溫拉伸性能和拉伸斷口形貌。試驗結果表明:

 ?。?)在930~950℃保溫1h后空冷(或水冷)退火后,Gr.38合金能獲得較高的強度和較好的塑性,綜合力學性能良好。
 ?。?)Gr.38合金采用830℃保溫1h空冷退火后,屈服強度低,有利于材料的后續加工。
 ?。?)Gr.38合金材料的室溫拉伸斷口形貌都呈蜂窩狀韌性斷裂特征,1000℃保溫1h退火后,其斷口上的韌窩相對小而淺,它的塑性相對較差。