軋制工藝和退火溫度對TC4ELI鈦合金厚板顯微組織的影響

王儉 李有華 李蒙 王勤波 王新 張永強

摘要：

研究了軋制工藝和退火溫度對TC4ELI鈦合金厚板顯微組織的影響。結果表明：采用工藝1軋制后的板材顯微組織為雙態組織;采用工藝2軋制后板材的顯微組織為網籃組織。將網籃組織板材在不同溫度下退火后發現：退火溫度低于900 ℃時，板材顯微組織沒有明顯變化，仍為網籃組織;退火溫度為940 ℃時，板材顯微組織中出現了再結晶現象，一部分條狀α相變成等軸狀α相，網籃組織向等軸組織過渡。合適的退火溫度為780～900 ℃。

關鍵詞：

TC4ELI鈦合金; 網籃組織; 再結晶; 退火

中圖分類號： TG 146 文獻標志碼： A

Effects of Rolling Procedure and Annealing Temperature on Microstructure of TC4ELI Titanium Alloy Thick-plate

WANG Jian LI Youhua LI Meng WANG Qinbo WANG Xin ZHANG YongQiang

（1.Baoti Group Ltd.， Baoji 721014， China;

2.Baoji Titanium Industry Co.， Ltd.， Baoji 721014， China）

Abstract：

The effect of rolling procedure and annealing temperature on microstructure of TC4ELI Titanium Alloy thick-plate was investigated.The results show that duplex microstructures are obtained after rolled by Procedure 1.The basket-weave microstructure is observed after rolled by Procedure 2.The plates with basket-weave microstructure are annealed at different temperatures.There is no significant change with the basket-weave microstructure maintaining，when the annealing temperature is lower than 900 ℃.Recrystallization is observed when the annealing temperature is 940 ℃.Some lamellar α phase transforms to the equiaxed α phase.The basket-weave microstructure transforms to equiaxed microstructure.The appropriate annealing temperature is 780-900 ℃.

Keywords：

TC4ELI titanium alloy; basketweave microstructure; recrystallization; annealing

深海中儲藏有豐富的資源和能源，開發深海中的資源和能源將有助于人類實現可持續發展。然而，開發深海資源和能源需要新一代先進裝備，同時也對制備裝備的材料提出了更高的要求，要求材料不但需要具有高強度以承受巨大的水壓，還應該具有優異的耐蝕性以在服役期間經受海水腐蝕。鈦及鈦合金具有密度小、比強度高、耐蝕性好和無磁性等一系列優點，被廣泛應用于航空航天、石油化工和兵器等領域[1-3]。目前，鈦及鈦合金已經在海洋環境中得到了廣泛的應用，例如海洋油氣開發平臺、海港建筑、沿海發電站、海水淡化設備、船舶及海洋熱能轉化設備等方面。

TC4ELI鈦合金的海水浸泡腐蝕率低、強度高、成形性能和焊接性能優異，其在海洋裝備上的應用越來越廣泛。龐洪等[4]研究了熱處理對厚度為90 mm的TC4ELI寬幅厚板鈦合金組織和性能的影響，發現在720～930 ℃熱處理后，其顯微組織為均勻細小的α+β組織，板材的性能高于相應的標準要求。呂逸帆等[5]研究了固溶和時效對TC4ELI寬幅厚板鈦合金組織和性能的影響，發現提高固溶溫度、增大冷卻速率、降低時效溫度可以提高合金的強度;降低固溶溫度、增大冷卻速率、降低時效溫度可以提高合金的沖擊韌性和斷裂韌性。萬明攀等[6]研究了固溶溫度對TC4ELI鈦合金厚板組織和性能的影響，發現：固溶溫度的升高，等軸α相的數量減少，而β相轉變組織的數量逐漸增加。其抗拉強度、屈服強度和斷裂韌性逐漸增加，而斷面收縮率和伸長率下降，抵抗裂紋擴展的能力也逐漸增強。馬英杰等[7]研究表明，具有片層狀組織的TC4ELI鈦合金具有較大的疲勞裂紋尖端塑性區，并且裂紋擴展路徑更加曲折，裂紋擴展速率更低。鈦合金厚板在海洋裝備上應用時，常常會采用焊接的方法進行板材之間的連接，焊接過程中焊縫區的溫度超過相變點溫度，焊縫區的組織進入β相區，冷卻后β相轉變成片狀組織，為了保證焊縫區與基體組織相近，鈦合金厚板應該具有網籃組織。然而，如何制備出具有網籃組織的TC4ELI鈦合金厚板的研究很少。

本文以TC4ELI鈦合金為試驗材料，通過優化軋制工藝和退火溫度，制備出具有網籃組織的TC4ELI鈦合金厚板。

1 試驗材料和方法

試驗所用的TC4ELI鈦合金鑄錠采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數為3次，鑄錠直徑為840 mm。相變點為983 ℃。鈦合金鑄錠經過鍛造制成板坯，然后軋制成厚度為22 mm的板材。