供稿|薛虎明，王建斌，馬元杰，黃淑陽/ XUE Hu-ming, WANG Jian-bin, MA Yuan-jie, HUANG Shu-yang

拉伸變形和固溶制度對TB2鈦絲材抗拉強(qiáng)度的影響

Inf l uence of Drawing Distortion and Solid Solution System on TB2 Wire Tensile Intensity

供稿|薛虎明，王建斌，馬元杰，黃淑陽/ XUE Hu-ming, WANG Jian-bin, MA Yuan-jie, HUANG Shu-yang

內(nèi) 容 導(dǎo) 讀

TB2（Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr）是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金，在固溶狀態(tài)下具有良好的冷成型性能和良好的焊接性能，經(jīng)固溶時(shí)效處理后，具有高的強(qiáng)度及良好的塑性，在航空、航天領(lǐng)域作為緊固件有廣泛的應(yīng)用。TB2鈦合金絲材經(jīng)拉伸加工后，可細(xì)化晶粒，使其結(jié)構(gòu)致密、改善組織，進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度。

本文主要分析了TB2鈦合金絲材在不同變形量，經(jīng)不同固溶制度熱處理后對其抗拉強(qiáng)度的影響，初步探尋TB2合金絲材的抗拉強(qiáng)度與變形量及固溶制度之間的關(guān)系。

試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選用的鑄錠是經(jīng)兩次真空自耗爐熔煉，并采用鍛造和軋制方式加工為φ9.5 mm的線坯，其化學(xué)成分如表1所示。對φ9.5 mm線坯進(jìn)行溫拉，并分別以四種不同的拉伸變形方案拉制四個(gè)規(guī)格的絲材，之后按照不同的溫度和保溫時(shí)間制定不同的固溶制度方案進(jìn)行固溶熱處理。

表1 Ti-3Al-5Mo-5V-8Gr合金化學(xué)成分 %

拉伸方案

方案A：由φ9.5 mm線坯經(jīng)7個(gè)道次溫拉伸至φ5.7 mm，無中間退火，拉伸變形量65%。

方案B：由φ9.5 mm線坯經(jīng)6個(gè)道次溫拉伸至φ6.0 mm進(jìn)行800℃保溫10 min退火。對φ6.0 mm線坯經(jīng)4個(gè)道次拉伸至φ4.5 mm，無中間退火，退火后拉伸變形量為40%；φ6.0 mm經(jīng)9個(gè)道次拉伸至φ2.9 mm，無中間退火，退火后拉伸變形量為75%。

方案C：由φ9.5 mm線坯溫拉伸φ2.9 mm，無中間退火，拉伸變形量90%。

固溶熱處理制度

結(jié)果與分析

拉伸變形量對固溶態(tài)TB2鈦絲材抗拉強(qiáng)度的影響

TB2鈦絲材采用三種方案拉伸，拉伸變形量對升高，加工硬化趨勢增強(qiáng)，組織進(jìn)一步細(xì)化和纖維化，晶格扭曲更加嚴(yán)重。當(dāng)變形量大于90%時(shí)，絲材可能發(fā)生脆斷現(xiàn)象。

固溶制度對TB2鈦絲材抗拉強(qiáng)度的影響

固溶保溫溫度

對變形量為75%的TB2鈦絲材分別采用800、780、760℃保溫10 min，空冷進(jìn)行固溶處理，取樣檢測抗拉強(qiáng)度。圖2為固溶保溫溫度對抗拉強(qiáng)度的影響。從圖2可以看出：提高固溶保溫溫度，絲材抗拉強(qiáng)度下降。這是由于雖然固溶保溫溫度提高有絲材的固溶態(tài)抗拉強(qiáng)度有明顯的影響，經(jīng)不同道次拉伸變形后進(jìn)行800℃保溫10 min空冷固溶處理，圖1是經(jīng)拉伸后各絲材的顯微組織，抗拉強(qiáng)度的檢測結(jié)果見表2。

圖1 不同拉伸變形量TB2鈦絲材縱向組織：（a）變形量40%；（b）變形量75%；（c）變形量90%

表2 不同拉伸變形量的抗拉強(qiáng)度

從圖1和表2可以清楚地看出，隨著變形量的增加，抗拉強(qiáng)度逐漸增高，這是因?yàn)闇乩熳冃问且粋€(gè)加工硬化和回復(fù)軟化同時(shí)進(jìn)行的過程，隨著變形程度的增加，不均勻變形進(jìn)一步加劇，變形抗力利于合金元素更多地溶入固溶體，但卻減弱了拉伸變形對強(qiáng)度提高的加工硬化作用，二者相抵反而造成抗拉強(qiáng)度下降。

圖2 固溶溫度與抗拉強(qiáng)度的影響

固溶保溫時(shí)間

對變形量為75%的TB2鈦絲材采用800℃，保溫時(shí)間為5、10、15、20 min固溶熱處理，取樣檢測抗拉強(qiáng)度。圖3為固溶保溫時(shí)間對抗拉強(qiáng)度的影響。從圖3看出延長保溫時(shí)間，絲材抗拉強(qiáng)度下降，這與提高固溶溫度，絲材抗拉強(qiáng)度下降一樣：雖然延長固溶保溫時(shí)間有利于合金元素更多地溶入固溶體，但卻減弱了拉伸變形對強(qiáng)度提高的加工硬化作用，二者相抵最終造成抗拉強(qiáng)度下降。

圖3 固溶保溫時(shí)間與抗拉強(qiáng)度

結(jié)束語

TB2鈦絲材拉伸變形量對固溶態(tài)抗拉強(qiáng)度有明顯影響，選擇合適變形量，可以使固溶態(tài)抗拉強(qiáng)度在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

TB2鈦絲材固溶熱處理溫度對絲材有明顯的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著熱處理溫度逐漸降低，抗拉強(qiáng)度逐漸升高，升高的趨勢由強(qiáng)變?nèi)酢?/p>

TB2鈦絲材固溶熱處理保溫時(shí)間對絲材有明顯的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：隨著保溫時(shí)間的延長，抗拉強(qiáng)度逐漸降低。

TB2鈦合金是亞穩(wěn)定β型合金，在固溶狀態(tài)下具有良好的冷成型性能，常用于重要用途的緊固件。絲材拉伸變形量和固溶熱處理制度決定其固溶狀態(tài)的抗拉強(qiáng)度。本文采用軋制的φ9.5 mm線坯，設(shè)計(jì)三種不同變形量的拉伸工藝，加工φ5.0 mm、φ4.0 mm、φ2.5 mm的磨光直絲，取樣檢測固溶態(tài)抗拉強(qiáng)度。檢測結(jié)果表明：拉伸變形量控制在65%～85%范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度可控制在885～980 MPa內(nèi)。對同一工藝TB2絲材分別采用三種制度進(jìn)行固溶熱處理，取樣檢測固溶態(tài)抗拉強(qiáng)度。結(jié)果顯示：隨著熱處理溫度逐漸降低，抗拉強(qiáng)度逐漸升高，升高的趨勢由強(qiáng)變?nèi)酢?/p>

寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014

方案E：對同一拉伸工藝TB2鈦絲材分別采用760、780、800℃，保溫10 min，空冷，進(jìn)行固溶熱處理。

方案F：對同一拉伸工藝TB2鈦絲材采用800℃分別保溫5、10、15、20 min空冷，進(jìn)行固溶熱處理。

薛虎明（1966—），男，工程師，主要從事鈦、鋯等稀有金屬絲材加工工藝研究，陜西省寶雞市鈦城路1號寶雞鈦業(yè)股份有限公司，E-mail：bjwangxb@163.com