淺談熱處理對(duì)Ti2448合金冷軋板組織和性能的影響

苗高蕾

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 712000）

0 前言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，科學(xué)技術(shù)獲得了良好的發(fā)展環(huán)境，取得了巨大的進(jìn)步，新的技術(shù)和設(shè)備層出不窮，極大地方便了人們的生活。但是，由于部分設(shè)備使用環(huán)境的特殊性，對(duì)自身的構(gòu)成材料提出了更高的要求。普通的金屬材料難以滿足這種需求，因此，技術(shù)人員將多種金屬的特性融合為一體，使得其各自的性能得到了最大程度的發(fā)揮，產(chǎn)生了許多特種金屬，也就是通常所說(shuō)的合金。合金的出現(xiàn)和發(fā)展，極大的推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，其意義是十分重大的。

1 Ti2448合金概述

Ti2448合金是鈦合金的一種，主要應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，作為人造骨骼的基本原料使用。鈦合金興起和發(fā)展于20世紀(jì)50年代，屬于合金的一種，是以金屬鈦為基礎(chǔ)，添加其他元素所組成的合金，自身具有強(qiáng)度高、耐候性好、抗腐蝕、抗高溫等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

鈦合金在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，起源于人體骨骼的替代需求。例如，部分病患由于各種原因，需要更換骨骼，但是普通的金屬材料可能對(duì)人體造成危害，而塑料材料等的強(qiáng)度和韌性難以滿足使用需求。因此，相關(guān)技術(shù)人員將目光放在了合金領(lǐng)域。由于要滿足人體的使用需求，合金必須具備重量輕、抗侵蝕、強(qiáng)度高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)不斷的試驗(yàn)，最終得到了Ti2448合金。該合金屬于亞穩(wěn)β鈦合金，與人體骨骼的楊氏模量相似，可以充分滿足人體自然使用的需求，因此成為人體骨骼的最佳替代金屬，在醫(yī)療方面得到了廣泛應(yīng)用。

2 熱處理對(duì)于Ti2448合金冷軋板組織的影響

為了檢驗(yàn)熱處理對(duì)于Ti2448合金冷軋板組織和性能的影響，需要結(jié)合相應(yīng)的試驗(yàn)分析，才能切實(shí)保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。選擇適量的合金，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行熱處理，結(jié)合試驗(yàn)所得結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行分析。

根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中觀察到的情況，可以明確：在550-900℃的溫度下，對(duì)試樣冷軋板進(jìn)行退火處理，10min后，觀察到冷軋板組織的晶粒尺寸會(huì)隨著退火溫度的不斷上升，逐漸變大。其基本情況如下：

溫度（單位：℃）晶粒尺寸（單位：nm）550-600 ≤100 600-650 600 700-900 10000

同時(shí)，在退火過(guò)程中，運(yùn)用X射線對(duì)材料進(jìn)行衍射分析，結(jié)果表明，材料在650℃以下進(jìn)行退火處理時(shí)，其分析結(jié)果呈α相，在700℃以上進(jìn)行退火處理時(shí)，則沒(méi)有α相析出。換言之，Ti2448合金在（α+β）與β相之間相互轉(zhuǎn)變的溫度在650-700℃之間。而經(jīng)過(guò)750℃以上的高溫退火10min后，在450-500℃的時(shí)效后，對(duì)材料進(jìn)行分析，則析出針狀α相，且隨著時(shí)效時(shí)間的增加，α相的體積分?jǐn)?shù)也在不斷擴(kuò)大；隨著時(shí)效溫度的提高，α相析出的優(yōu)先級(jí)也越來(lái)越高，與其他亞穩(wěn)β型鈦合金的情況基本一致。分析其產(chǎn)生的原因，主要是合金的β轉(zhuǎn)變溫度相對(duì)較低，時(shí)效溫度越低，α相在晶界的析出要高于晶體內(nèi)部，而如果時(shí)效溫度繼續(xù)降低，則α相呈現(xiàn)均勻析出，與β相差距減小。另外，退火處理溫度的降低，也會(huì)導(dǎo)致低溫時(shí)效α相的析出。最終試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)降低退火溫度，可以緩解時(shí)效過(guò)程中α相的形成和析出，從而避免其對(duì)于合金冷軋板力學(xué)性能的不利影響。

3 熱處理對(duì)于Ti2448合金冷軋板性能的影響

熱處理對(duì)于Ti2448合金冷軋板性能的影響主要體現(xiàn)在力學(xué)方面，而影響因素則包括多個(gè)方面。

3.1 退火

通過(guò)適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚恚梢詫?duì)Ti2448合金冷軋板的拉伸性能以及楊氏模量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得板材在室溫環(huán)境下的塑性得到顯著提高，以700℃以上的退火溫度想過(guò)最為顯著；如果退火溫度低于550℃，則合金板材的拉伸強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度或有所下降，但是趨勢(shì)并不明顯；同時(shí)，只要對(duì)材料進(jìn)行退火處理，就必然會(huì)提高其楊氏模量，只是相對(duì)而言，當(dāng)退火溫度在700℃以上時(shí)，提升相對(duì)較小，并不顯著；退火溫度在650℃以下時(shí)，則楊氏模量會(huì)隨著溫度的不斷降低，呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。

3.2 時(shí)效

以700℃以上的樣品退火為例，如果在460-500℃的溫度范圍內(nèi)，進(jìn)行短時(shí)間的退火，則對(duì)于材料強(qiáng)度的影響并不明顯。而隨著時(shí)效時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，材料的強(qiáng)度和彈性模量也會(huì)不斷提高。一般情況下，當(dāng)時(shí)效時(shí)間達(dá)到4h時(shí)，提升的程度最為明顯。同時(shí)，隨著時(shí)效溫度的提升，材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)較大的提高。因此，對(duì)于單步退火處理的冷軋板材而言，使用雙步熱處理技術(shù)，可以在保持材料的高強(qiáng)度和低彈性模量的情況下，提升其在室溫環(huán)境下的塑性。

4 結(jié)論

通過(guò)上文的試驗(yàn)和分析，可以得出以下結(jié)論：

4.1 Ti2448合金冷軋板的內(nèi)部晶粒組織，會(huì)隨著退火溫度的升高而不斷長(zhǎng)大，在提高材料塑性的同時(shí)，使得其強(qiáng)度和楊氏模量降低

4.2 經(jīng)過(guò)退火處理后，材料會(huì)隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而增加析出α相的體積分?jǐn)?shù)，并逐漸由晶界析出向晶內(nèi)析出轉(zhuǎn)變。在這個(gè)過(guò)程中，材料自身的強(qiáng)度和楊氏模量會(huì)逐漸增加

4.3 通過(guò)對(duì)α相的含量以及晶粒尺寸的控制，可以對(duì)合金的力學(xué)性能與楊氏模量之間的相互關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)

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