固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響研究

（沈陽博帥材料科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

鈦合金Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe，屬于(a+b)型鈦合金，具有良好的綜合力學機械性能。比強度大，比強度sb/g=23.5，其中，強度sb=1.012MPa、密度g=4.4＊103，而合金鋼的比強度sb/g小于20。在生產過程中對鈦合金型材進行加工，能夠有效的改變鈦合金的機械性能[1]。鈦合金晶粒度細化是保證鈦合金加工質量的關鍵因素，我國對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化影響因素分析的研究起步較早，早在很多年前就有對鈦合金型材進行固溶處理的經驗，通過改變鈦合金中原子排列的方式，分析兩者之間存在的關系，取得了一定的研究成果，能夠在提高鈦合金質量的同時，取得一定的經濟效益。為此，本文在此基礎上進行固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響研究。希望通過本文研究，為鈦合金綜合性能的提升提供理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用鈦合金為自行研制的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金，該合金鑄錠化學成分，如表1所示。

表1 Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金鑄錠化學成分

結合表1所示，鈦合金在1050℃下開坯，加工成d12mm×2000mm的棒材。

1.2 試驗方法

選取d10mm×10mm的鈦合金試樣，將鈦合金試樣界面用氧化鋁拋光劑進行精拋光，分別在900、950、980和1000℃下加熱并保溫1.0h[2]。制備好的金相試樣，經過腐蝕后放置在干燥器中24h，腐蝕液各成分體積配比為HF：HNO3：水=1:2:6。利用光學顯微鏡進行鈦合金晶粒度細化分析。為保證試驗的普遍性，選取3個平行試樣，統一進行固溶處理。本文進行的XRD測試在X射線衍射儀上進行。在硫酸鹽環境下采用質量分數為2.0%的Na2SO4以及NaHSO4混合溶液開展鈦合金晶粒度細化試驗。利用25t電液伺服材料試驗機對鈦合金試樣界面進行雙面剪切試驗，以位移控制加載的方式，將加載速率始終控制在1.21 mm/min，試驗過程中重點觀察鈦合金試樣晶粒度細化形態，并通過Wevecetly數據采集系統記錄固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響參數。

2 試驗結果

為判斷固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響，對硫酸鹽環境下受腐蝕d10mm×10mm的鈦合金試樣進行軸心抗壓強度測試[3]。

通過建立鈦合金試樣的本構關系，計算鈦合金軸心抗壓強度。設鈦合金的軸心抗壓強度為t，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，βmax指的是鈦合金軸心抗壓強度的正態分布；s指的是鈦合金固溶處理后出現的局部滑移量；s0指的是鈦合金最大的應力對應的局部滑移量。通過公式（1），可計算Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金相應的平均晶粒度，設鈦合金相應的平均晶粒度為D，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，F指的是不同視場測量的截點數測量值；L指的是測量網格的長度，單位為mm。針對公式（2）得出的數據進行誤差檢測，設測量的相對誤差為δ，則其計算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中，指的是相應的95%的置信區間。

根據計算結構，將Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度測量的相對誤差δ控制在5%以下，對于常規晶粒度評級，當相對誤差小于10%時可認為測量結果有效，故所測晶粒度數據真實可信。在荷載差別不大的情況下，平均以每1個小時為節點，得出測試結果[4]。將得出的測試結果，代入Wevecetly數據采集系統，并將各試驗組鈦合金晶粒度細化與固溶處理振動功率的對應關系繪制成曲線，如圖1所示。

圖1 鈦合金晶粒度細化與固溶處理振動功率的對應關系

通過圖1可知，鈦合金晶粒度細化的程度會隨著固溶處理振動功率的增加而變大，且一直呈上升趨勢。因此，可得出結論：固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化有著積極、正面的影響，能夠實現鈦合金晶粒度細化。

3 結果分析

本文通過提出的試驗，以d10mm×10mm的鈦合金試樣作為此次試驗研究的基準試樣，將不同的固溶處理振動功率作為自變量，通過此次試驗研究，可知固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化存在一定的可尋找規律，經過一系列的研究得知，通過固溶處理的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度精細化程度更高。

綜上所述，結合金屬凝固動力學Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化需要克服較大的能量勢壘，而通過固溶處理能夠為鈦合金晶粒度細化提供驅動力。因此，可以通過固溶處理實現鈦合金晶粒度細化，提高鈦合金的加工質量。

希望能夠通過本文得出的理論依據，為鈦合金建筑行業經濟效益的提升提供技術指導[5]。

4 結束語

本文開展了固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響研究，針對固溶處理對鈦合金晶粒度細化產生的具體影響，得出結論。盡管本文研究已經趨近于完善，但在后期的研究中仍存在一些不足有待解決，有必要加大固溶處理在Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化方面的研究力度。

截止目前，國內外針對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的研究仍存在一些問題，缺少專業性極強的配套試驗研究裝置，因此在后期的建筑行業市場調研過程中，可以通過對固溶處理的裝置優化設計，進一步對固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響提出深入研究，全面探索固溶處理在鈦合金晶粒度細化應用中的作用效果。