冷變形對BT-14鈦合金組織和性能的影響

王文君，陳猛，岳希星

（寶雞鈦業股份有限公司，陜西 寶雞 721014）

隨著航空航天的發展，高強高韌鈦合金的需求逐漸增加。BT14（Ti-4.5Al-3Mo-1V）合金是蘇聯于20世紀50年代研制的一種馬氏體可熱處理強化的高強度α+β鈦合金，主要用于生產板材，與美國Ti-431（Ti-4Al-3Mo-1V）成分類似[1]。此合金具有比強度高，無磁性，耐海水及其它介質腐蝕，具有良好的焊接性能等特點，是艦船和海洋開發理想材料。

冷變形是鈦合金塑形成型的一種重要手段，在室溫下，利用合金的塑形，使合金發生形狀變化，以獲得合適的性能和組織[2]。本文主要對BT-14合金板材冷變形進行研究。通過不同的冷變形參數，對比組織和性能的變化。

2 試驗材料和方案

本實驗采用2次真空自耗電弧熔煉鑄錠，經鍛造，制備成板坯。采用熱差分析法測得的合金相變點溫度為（960℃）。俄羅斯標準OCT190013-71中對BT14合金化學成分要求，Al：3.5～6.3，Mo：2.5～3.8，V：0.9～1.9。此次試驗原料化學成分見表1。

表1 BT-14化學成分

板坯在1200mm軋機熱軋、冷軋，冷軋變形量分別為10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%。每種厚度規格熱處理前、后分別進行拉伸和金相實驗，觀察板材顯微組織和力學性能。

3 試驗結果與分析

3.1 不同變形量的組織、性能變化

BT-14板 材 分 別 經10%，20%，30%，40%，50%，60%，70%，80%的變形量冷軋，隨著冷軋變形量的增加，抗拉強度、屈服強度也隨之增加，這是由于冷軋加工率的增加，位錯密度增加，加工硬化加劇。如圖1

根據圖2可以看出，隨著變形程度的增加，α晶粒沿著軋制方向逐漸拉長、破碎，最后完全變成纖維狀。當軋制變形量10%時，合金內組織變形不均勻，組織仍為條狀α扭曲交錯狀；當變形量20%時，合金內部組織不能完全破碎，局部有未充分變形的α晶粒，這些晶粒內的位錯密度小，變形儲能小，熱處理后不易形核再結晶，這將影響板材組織均勻性。當軋制變形量大于30%時，合金內組織已成纖維狀，晶粒破碎明顯，為再結晶退火形核儲備大量能量，再結晶退火后，組織均勻，等軸化明顯。

圖1 BT-14合金冷軋加工硬化曲線

圖2 BT-14合金不同變形量的組織變化

圖3 不同變形量BT-14合金經800℃熱處理后力學性能

圖4 不同變形量BT-14合金經800℃熱處理組織

3.2 變形量對合金性能組織影響

BT-14通過不同冷軋變形量軋制，再經850℃/30′熱處理的力學性能見圖3，抗拉強度隨著變形量的增大而降低，當變形量達到80%時，抗拉強度將至最低902Mpa。屈服強度隨著變形量的增大基本變化不大。伸長率隨著變形量的增大變化不明顯，在16%左右波動。當變形量為10%時，屈強比約為0.86，隨著變形量的增大，屈強比增大至0.92。

合金熱處理后，組織變化見圖4。變形組織通過回復和再結晶形成了等軸組織。當冷軋變形量在10～20%時，保留了冷軋形態組織，呈現局部拉長晶粒。這是由于軋制變形量小，形變儲能小，熱處理后不易形核再結晶。隨著變形量的增大，晶粒破碎明顯，形核儲能大，再結晶退火后組織等軸化明顯[3]。隨著冷軋變形量的增加，熱處理后的晶粒尺寸有所減小，冷軋變形量從10%增加至80%，熱處理后的晶粒尺寸由1.87um減小至1.11um，這是由于冷軋變形量增加使內部組織畸變能升高，形核率和長大速率同時增加，但形核率的增長大于長達速率，使得再結晶后的晶粒變細。

4 結論

4.1 隨著冷軋變形量的增加，位錯密度增加，抗拉強度、屈服強度也隨之增加，加工硬化加劇。

4.2 隨著變形程度的增加，α晶粒沿著軋制方向逐漸拉長、破碎，最后完全變成纖維狀。當軋制變形量過小時，合金內部組織不能完全破碎，局部有未充分變形的α晶粒，這些晶粒內的位錯密度小，變形儲能小，熱處理后不易形核再結晶，這將影響板材組織均勻性。

4.3 合金經熱處理，抗拉強度隨著變形量的增大而降低，屈服強度隨著變形量的增大基本變化不大，伸長率隨著變形量的增大變化不明顯，在16%左右波動。

4.4 隨著冷軋變形量的增加，內部組織畸變能升高，形核率和長大速率同時增加，但形核率的增長大于長達速率，使得合金經再結晶退火后的晶粒隨著變形量增加而變細。