SP—700鈦合金熱處理研究

王文君 李曉軍 王新 馬佳琨 李有華 賈小玉

摘 要：對(duì)SP-700合金的熱處理強(qiáng)化效應(yīng)研究。采用不同的熱處理溫度、固溶時(shí)效制度處理，分析熱處理對(duì)合金組織及性能的影響。當(dāng)合金在490～550℃固溶時(shí)效時(shí)，硬化效果較明顯，塑性急劇降低。800℃固溶時(shí)效后的強(qiáng)度要高于850℃固溶時(shí)效后的強(qiáng)度。固溶處理后的SP-700合金性能取決于β相的特性或β相轉(zhuǎn)變后的相的組成。

關(guān)鍵詞：SP-700合金；熱處理；組織；性能

中圖分類號(hào)：TG166.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）29-0109-03

Abstract： The strengthening effect of heat treatment on SP-700 alloy was studied. The effect of heat treatment on the microstructure and properties of the alloy was analyzed using different heat treatment temperature and solution aging treatment. When the alloy is dissolved and aged at 490，550 ℃， the hardening effect is obvious and the plasticity decreases sharply. The strength after solution aging at 800 ℃ is higher than that after solution aging at 850 ℃. The properties of SP-700 alloys after solid solution treatment depend on the characteristics of β phase or the phase composition after β phase transformation.

Keywords： SP-700 alloy； heat treatment； microstructure； properties

1 概述

鈦合金因其密度小、強(qiáng)度高和抗腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)[1]。雖然Ti-6Al-4V合金因其具有較強(qiáng)的疲勞抗力和較好的斷裂韌性，是目前最常用的鈦合金，但是，由于其加工性能和可熱處理性能都不太好，故加工成形困難、材料利用率低，導(dǎo)致它在能源和運(yùn)輸?shù)确呛娇张c航天領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制[2]。SP-700是為了克服Ti-6Al-4V合金的諸多缺點(diǎn)而研制的一種新型富β的（α+β）鈦合金。此合金的超速成形型、抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性等都得到了改善。

本文主要對(duì)SP-700合金板材熱處理工藝進(jìn)行研究。通過(guò)不同的熱處理參數(shù)，對(duì)比組織和性能的變化。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料

SP-700合金采用真空自耗電弧熔煉，經(jīng)鍛造，制備成板坯。采用熱差分析法測(cè)得的合金相變點(diǎn)溫度為（900 ℃）。其化學(xué)成分見(jiàn)表1

2.2 實(shí)驗(yàn)方案

板坯在1200mm軋機(jī)熱軋、冷軋，制成δ2mm板材，對(duì)硬態(tài)SP-700板材采取不同溫度固溶處理：670℃～840℃，保溫時(shí)間30′空冷。固溶時(shí)效處理：800℃固溶+490℃～550℃/4h時(shí)效；850℃固溶+490℃～550℃/4h時(shí)效。

3 結(jié)果與分析

3.1 固溶溫度對(duì)合金組織及性能的影響

選取不同溫度固溶后對(duì)比強(qiáng)度關(guān)系，強(qiáng)度曲線如圖1。當(dāng)固溶溫度在670～780℃時(shí)，強(qiáng)度隨著固溶溫度的升高而略有降低，塑性提高，800℃左右時(shí)，塑性最好，達(dá)到峰值。

在670～780℃溫度固溶時(shí)，此階段出生α相較多，約占35～40%左右，且晶粒細(xì)小<2.8um（圖2 a、b、c）、將組織放大1000倍，可以明顯發(fā)現(xiàn)晶粒形狀不規(guī)則，個(gè)體差異大（圖3 a）。在塑性變形時(shí)，不會(huì)在個(gè)別晶粒中引起應(yīng)力集中，所以塑性較好[3]。當(dāng)固溶溫度>800℃時(shí)，隨著固溶溫度的升高，合金強(qiáng)度升高，塑性略有下降，但變化不大。隨著固溶溫度的升高，晶粒越來(lái)越均勻，且更加趨近等軸化（圖3 b）。當(dāng)固溶溫度>850℃時(shí)，隨著固溶溫度的升高，合金塑性急劇降低，晶粒度開(kāi)始迅速長(zhǎng)大（圖2 e）；當(dāng)固溶溫度達(dá)到900℃時(shí)，晶粒已長(zhǎng)大到53um（圖2 f）。

3.2 時(shí)效溫度對(duì)合金組織及性能的影響

Sp-700合金經(jīng)490～550℃時(shí)效處理后，硬化效果較明顯，塑性急劇降低，隨著時(shí)效溫度的升高，時(shí)效硬化加速。對(duì)比800℃固溶+490～550℃時(shí)效和850℃固溶+490～550℃時(shí)效后的強(qiáng)度，800℃固溶+時(shí)效后的強(qiáng)度要高于850℃固溶+時(shí)效后的強(qiáng)度（圖4）。

固溶處理后的SP-700合金性能取決于β相的特性或β相轉(zhuǎn)變后的相的組成。固溶溫度由800℃升至850℃，β相的體積分?jǐn)?shù)增加，β相中的β穩(wěn)定元素連續(xù)降低，β相穩(wěn)定性降低。固溶后，β相不能完全恢復(fù)，部分轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)定β和α"馬氏體。時(shí)效時(shí)，β相中析出細(xì)小的彌散、細(xì)小的α相，因此合金產(chǎn)生時(shí)效硬化[4]。隨著時(shí)效溫度的升

高，β相中的Fe加速擴(kuò)散，促使α從β相中的析出和α"馬氏體的分解，引起了時(shí)效硬化加速（圖5 a、b、c）。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）當(dāng)固溶溫度在670℃～800℃時(shí)，強(qiáng)度隨著固溶溫度的升高而略有降低，塑性提高，800℃左右時(shí)，塑性最好，達(dá)到峰值，此時(shí)晶粒細(xì)小。當(dāng)固溶溫度>800℃時(shí)，隨著固溶溫度的升高，晶粒依然細(xì)小<2.8um，但晶粒越來(lái)越均勻，此時(shí)，合金強(qiáng)度升高，塑性略有下降，但變化不大；當(dāng)固溶溫度>850℃時(shí)，隨著固溶溫度的升高，合金塑性急劇降低，晶粒度開(kāi)始迅速長(zhǎng)大；當(dāng)固溶溫度達(dá)到900℃時(shí)，晶粒已長(zhǎng)大到53um。

（2）合金經(jīng)490～550℃時(shí)效處理后，硬化效果較明顯，塑性急劇降低，且800℃固溶+時(shí)效后的強(qiáng)度要高于850℃固溶+時(shí)效后的強(qiáng)度。隨著時(shí)效溫度的升高，β相中的Fe加速擴(kuò)散，促使α從β相中的析出和α"馬氏體的分解，引起了時(shí)效硬化加速。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢九紅.航空航天用新型鈦合金的研究發(fā)展及應(yīng)用[Z].2000.

[2]黃金昌.SP-700鈦合金的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金，1998.

[3]張民.熱處理對(duì)TC21鈦合金組織和性能的影響[J].西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，2004.

[4]美國(guó)鈦合金手冊(cè).Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe[Z].