開坯換向前變形量對(duì)TC11厚板組織及性能的影響

李曉艷 張智鑫 陳海濤 郭金榜 齊煒 趙小龍 龐洪 王紅武

摘 要：TC11合金是良好的馬氏體型兩相鈦合金。文章研究了軋制時(shí)開坯換向前變形量對(duì)TC11厚板組織及性能的影響，數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，不同開坯換向前變形量對(duì)成品板材組織無明顯影響，當(dāng)開坯換向前變形量在8%時(shí)其力學(xué)性能及沖擊性能達(dá)到峰值。

關(guān)鍵詞：TC11板材；開坯換向前變形量；顯微組織；性能

TC11鈦合金是一種綜合性能良好的Ti-Al-Mo-Zr-Si系馬氏體α+β型兩相鈦合金，具有良好的熱加工工藝性。在馬氏體α+β型熱強(qiáng)鈦合金中，TC11是500℃以下熱強(qiáng)性（高溫強(qiáng)度，蠕變抗力等）最好的合金，具有比強(qiáng)度高、較高的室溫強(qiáng)度、中溫性能好、耐腐蝕性能好等優(yōu)點(diǎn)。目前，該合金主要用于制造壓氣機(jī)盤、葉片、環(huán)形件和緊固件等且多為鍛件，而結(jié)構(gòu)件用TC11逐漸采用板材成型，熱軋成為TC11厚板生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)[1，2]。

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)用TC11合金采用3次真空自耗電弧爐熔煉，鑄錠經(jīng)β相區(qū)鍛造成板坯。在開坯軋制時(shí)選用不同程度的變形量，軋至一定厚度后換向軋制，在1200mm軋機(jī)分兩個(gè)火次軋制成40mm板材。采用金相法測(cè)定其相變溫度為1000～1010℃。選取的開坯換向前變形量分別為2%，8%，14%，20%，26%，以不同開坯換向前變形量對(duì)TC11厚板組織及性能的影響作為研究對(duì)象[2]。板材力學(xué)性能在INSTRON力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，在JNS-300微機(jī)數(shù)顯控制沖擊試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試沖擊性能，在AX10VER200MAT型金相顯微鏡上進(jìn)行顯微組織觀察。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 本次試驗(yàn)所得到的板材其顯微組織（見圖1、2）

R態(tài) M態(tài)

圖1 開坯換向前變形量為2%時(shí)的板材R態(tài)及M態(tài)顯微組織

R態(tài) M態(tài)

圖2 開坯換向前變形量為26%時(shí)的板材R態(tài)及M態(tài)顯微組織

圖1及圖2分別列出了開坯換向前變形量為2%和26%的兩種極致情況下得到的顯微組織。可以看出，雖然板材的開坯換向前變形量有所差異，但是板材的成品軋制變形量和軋制溫度相同，得到的組織基本一致，軋制態(tài)均為典型的網(wǎng)籃組織，退火態(tài)均為雙態(tài)組織[3-5]。

2.2 本次試驗(yàn)所得到的板材性能（見圖3、4、5、6）

2.2.1 本次試驗(yàn)所得到的板材力學(xué)性能（見圖3、4、5、6）

隨著開坯換向前變形量不斷增大，TC11板材的R態(tài)橫向抗拉強(qiáng)度從1043Mpa逐漸上升至1088Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；屈服強(qiáng)度從967Mpa逐漸上升至1034Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；延伸率在14.8%至16.8%之間平緩變化；斷面收縮率則從44.5%緩慢下降至34.5%。

圖4 不同開坯變形量得到的板材R態(tài)縱向力學(xué)性能

隨著開坯換向前變形量不斷增大，TC11板材的R態(tài)縱向抗拉強(qiáng)度從1060Mpa逐漸上升1073Mp后下降至1051Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；屈服強(qiáng)度從973Mpa逐漸上升987Mp后下降至964Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；延伸率在16.8%至14.0%之間平緩降低；斷面收縮率則從43.0%緩慢下降至33.5%。

圖5 不同開坯變形量得到的板材M態(tài)橫向力學(xué)性能

隨著開坯換向前變形量不斷增大，TC11板材的M態(tài)橫向抗拉強(qiáng)度從1073Mpa逐漸上升至1114Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；屈服強(qiáng)度從944Mpa逐漸上升至969Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；延伸率在12.8%至12.5%之間平緩變化；斷面收縮率則從42%緩慢下降至39%。

隨著開坯換向前變形量不斷增大，TC11板材的M態(tài)縱向抗拉強(qiáng)度從1060Mpa逐漸上升至1078Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；屈服強(qiáng)度從912Mpa逐漸上升至930Mpa，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值；延伸率在14.5%至12.4%之間平緩變化；斷面收縮率則從37.0%緩慢下降至34.0%。

2.2.2 本次試驗(yàn)所得到的板材其沖擊性能（見圖7）

隨著開坯換向前變形量不斷增大，TC11板材的R態(tài)橫向沖擊性能從44J/cm2上升至48J/cm2，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值52J/cm2；R態(tài)縱向沖擊性能從55J/cm2上升至56J/cm2，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值76J/cm2；M態(tài)橫向沖擊性能從82J/cm2上升至79J/cm2，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值88J/cm2；M態(tài)縱向沖擊性能從98J/cm2上升至84J/cm2，在開坯變形量為8%時(shí)，達(dá)到峰值102J/cm2。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）雖然板材的開坯換向前變形量不同，但是板材的組織基本一致，軋制態(tài)均為典型的網(wǎng)籃組織，退火態(tài)均為雙態(tài)組織。由此可知開坯換向前變形量對(duì)板材組織影響不明顯；（2）不同開坯換向前變形量得到的板材其R態(tài)及M態(tài)縱橫向力學(xué)性能及沖擊性能隨著變形量的增大均出現(xiàn)不同程度的上升，均在開坯變形量為8%時(shí)達(dá)到峰值。

參考文獻(xiàn)

[1]董長(zhǎng)生，李渭清，蔡建明.精鍛及熱處理工藝對(duì)TC11鈦合金棒材顯微組織的影響[J].稀有金屬，2004，28（1）：286-27.

[2]楊文甲，陳國(guó)財(cái)，晁雷.TC11合金中板的研制[J].鈦工業(yè)進(jìn)展，2007，24.

[3]張翥，王嬌群，莫畏.鈦的金屬學(xué)和熱處理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014：267-268.

[4]B.K.亞歷山大德羅夫，H.Φ.阿諾什金，C.M.古列維奇，等.鈦合金半成品加工[M].西安：稀有金屬與工程雜志社，1996.

[5]郭志軍，王儉，任連保.Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V合金厚板的組織與性能[J].金屬學(xué)報(bào)，2002，38：186-187.

作者簡(jiǎn)介：李曉艷（1981-），女，漢族，2004年畢業(yè)于西安理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于寶雞鈦業(yè)股份有限公司，工程師，研究方向：鈦及鈦合金加工工藝研究。