熱處理對一種新型β鈦合金顯微組織和力學性能的影響

熱處理對一種新型β鈦合金顯微組織和力學性能的影響

在鈦合金中，由于β鈦合金具有高的比強度且強度與斷裂韌性匹配良好等優點，引起了人們極大的關注，成為了航空航天領域最具應用前景的材料之一。經過了十多年的研究和應用，β鈦合金已快速進入航空航天領域并形成了一定的規模。由于時效析出的α相細小，使得β鈦合金的強度很高，但塑性較差。例如，第一個商業化的應用是洛克希德公司SR－71“黑鳥”飛機的 β鈦合金鍛件 Ti-13V-11Cr-3Al，其抗拉強度達1 240 MPa，但延伸率僅有2%，目前已被β－C合金所替代。另一個典型的β鈦合金是Timetal 555，主要被應用于制造起落架用的鈦合金鍛件和緊固件，其抗拉強度高達1 517 MPa，但塑性很差。β鈦合金的強度和塑性強烈地取決于顯微組織的結構和形貌特征。時效產生的次生α相彌散的分布于原始β基體上，會阻礙位錯的增殖和滑移而起到強化作用，其強度的大小取決于次生α相的尺寸和體積分數，而塑性的大小則取決于初生α相的形貌特征。

本研究針對一種新型β鈦合金Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe，將該合金分別在(α+β)兩相區和β單相區進行固溶處理，然后再在440、480、520、560℃進行8 h的時效處理。研究結果表明:Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe合金在(α+β)兩相區固溶后再進行時效處理，晶界處析出的初生α相會阻礙β晶粒的長大;相反，當固溶溫度迅速升高至β轉變點以上溫度后，β晶粒會迅速長大。在時效處理過程中，時效析出的次生α相的尺寸大小和體積分數對時效溫度十分敏感。時效溫度越高，次生α相的尺寸越大，而體積分數則越小。另外，合金的強度對時效析出的次生α相的尺寸和體積分數也十分敏感。無論是在β單相區還是(α+β)兩相區固溶后，當在較低的溫度440℃進行8 h時效處理后，其抗拉強度可達1 600 MPa，對顯微組織的觀察發現，此時的細小次生α相彌散分布于β基體上。β晶界處析出的α相會造成合金內部局部應力集中而引發晶間脆斷，這也是該合金強度很高、塑性很低的主要原因之一。

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.03.013

程軍摘譯自《Materials＆Design》