王新等

摘 要：采用兩種軋制工藝制備了BTi-6431S鈦合金2.0mm厚板材，對比研究了兩種不同工藝對板材的顯微組織和室溫以及650°C、700°C和750°C高溫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，兩種工藝軋制的板材，其顯微組織均為兩相區(qū)加工組織，組織無明顯差別；成品火次軋制溫度較高時(shí)，板材的室溫及650°C高溫抗拉強(qiáng)度均比成品火次軋制溫度低的高約20～55MPa，延伸率則變化不大；兩種不同工藝軋制的板材，其700°C和750°C的高溫強(qiáng)度及塑性差別不明顯；采用成品火次軋制溫度較高的軋制工藝，可獲得組織均勻、細(xì)小，且室溫和高溫力學(xué)性能均滿足技術(shù)指標(biāo)要求的板材。

關(guān)鍵詞：BTi-6431S鈦合金；軋制工藝；組織；性能

BTi-6431S鈦合金的名義成分為Ti-6.5Al-3Sn-3Zr-3Nb-3Mo-1W-0.2Si，是由寶鈦集團(tuán)有限公司自主研發(fā)的一種新型α+β型短時(shí)熱強(qiáng)高溫鈦合金。該合金具有良好的室溫強(qiáng)度、加工塑性和焊接性能，且在高溫下顯示出更高的瞬時(shí)強(qiáng)度以及大載荷持久和蠕變的良好匹配，與在400℃以下廣泛使用的TC4鈦合金相比，其高溫蠕變性能、強(qiáng)度及使用溫度進(jìn)一步提高，在航空航天領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，可用于制作650～700°C下短時(shí)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)件[1，2]。該合金主要通過添加α穩(wěn)定元素Al和β穩(wěn)定元素Nb、Mo和W進(jìn)行強(qiáng)化，以改善其工藝性能。合金的Al當(dāng)量為8.9，Mo當(dāng)量為4.6，屬于高鋁當(dāng)量馬氏體型兩相鈦合金，具有良好的熱強(qiáng)性和可焊性，并具有較好的工藝塑性。

該合金自研制成功以來，在合金流變應(yīng)力行為、超塑成型工藝及厚板研制等方面已開展了大量的研究工作[3-6]，但尚未見薄板研制相關(guān)報(bào)道。文章通過改變軋制工藝，對比研究不同工藝對板材顯微組織、室溫及高溫力學(xué)性能的影響，進(jìn)一步優(yōu)化軋制工藝，為該合金板材的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論和參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

試驗(yàn)用鑄錠由寶雞鈦業(yè)股份有限公司研制，鑄錠規(guī)格Φ518mm，單重800kg，在真空自耗電弧熔煉爐（VAR）中經(jīng)2次真空熔煉而成，α+β/β轉(zhuǎn)變溫度為1020～1030°C。鑄錠經(jīng)開坯后鍛成143mm×504mm×822mm的板坯，板坯在1200mm可逆式熱軋機(jī)上經(jīng)5火次軋至2mm×1000mm×2000mm成品板材。采用的軋制工藝如下：

工藝1：相變點(diǎn)以上軋制1火次，相變點(diǎn)以下軋制3火次，成品火次軋制溫度為900～950°C；工藝2：除成品火次軋制溫度為960～1000°C外，其余火次與工藝1相同。

2 實(shí)驗(yàn)方法

板材軋制完成后進(jìn)行退火處理。在退火后的板材本體上切取橫向試樣，分別進(jìn)行顯微組織觀察和室溫、650°C、700°C和750°C高溫力學(xué)性能測試。顯微組織觀察在金相顯微鏡（Axiovert 200mat）上進(jìn)行，金相腐蝕劑采用配比為HF：HNO3：H2O=1：3：9（體積比）的侵蝕液腐蝕。室溫拉伸試驗(yàn)按GB/T 3621-2007標(biāo)準(zhǔn)在INSTTON5885電子萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行；高溫拉伸試驗(yàn)按GB/T 4338-2006標(biāo)準(zhǔn)在WDW-3200電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 軋制工藝對板材顯微組織的影響

圖1所示為采用不同工藝軋制的板材的顯微組織照片。由圖可以看出，采用兩種不同工藝軋制的板材，其組織均為α+β兩相區(qū)加工組織，組織較細(xì)小，且等軸α相均勻分布在β轉(zhuǎn)變基體上。兩種不同工藝軋制的板材，其顯微組織差別很小。這是因?yàn)锽Ti-6431S鈦合金板坯經(jīng)相變點(diǎn)以上1火次及相變點(diǎn)以下3火次軋制后，由于變形充分，晶粒已完全破碎。雖然成品火次軋制溫度不同，但對板材顯微組織影響很小。

3.2 軋制工藝對板材力學(xué)性能的影響

表1和表2所示為板材室溫和高溫力學(xué)性能測試結(jié)果。由表1中數(shù)據(jù)可知，兩種工藝軋制的板材的室溫和650°C高溫力學(xué)性能均較高，其中采用工藝2軋制的板材，其室溫和650°C抗拉強(qiáng)度均比采用工藝1軋制的板材高20～55MPa，而延伸率則變化不大。

由表2中數(shù)據(jù)可以看出，采用兩種工藝軋制的板材，其700°C和750°C的高溫拉伸性能較為接近，而延伸率均較高。不同軋制工藝對BTi-6431S鈦合金薄板的700°C和750°C高溫力學(xué)性能影響不大。

鈦合金的性能是由其組織決定的，合金中初生α相主要對塑性起作用[7]。由于工藝2的成品火次軋制溫度比工藝1的軋制溫度高20°C，采用工藝2制備的板材，其顯微組織中等軸α相的含量比采用工藝1制備的板材少，因此其室溫和650°C抗拉強(qiáng)度顯著增大，而屈服強(qiáng)度和延伸率變化不明顯。由表1和表2中數(shù)據(jù)還可看出，采用成品火次軋制溫度較高的工藝，能夠獲得組織均勻、細(xì)小，且室溫和高溫力學(xué)性能優(yōu)異BTi-6431S鈦合金薄板。

4 結(jié)束語

（1）采用兩種不同工藝軋制的BTi-6431S鈦合金2.0mm厚板材，其顯微組織均為兩相區(qū)加工組織，不同軋制工藝對板材顯微組織的影響不明顯；（2）成品火次軋制溫度較高的板材，其室溫和650°C高溫抗拉強(qiáng)度均比成品火次軋制溫度低的板材高20～55MPa，延伸率變化不明顯；兩種軋制工藝對板材700°C和750°C的高溫力學(xué)性能影響不大；（3）采用成品火次軋制溫度較高的軋制工藝，可獲得組織均勻、細(xì)小，且室溫和高溫力學(xué)性能均能優(yōu)異的板材。

參考文獻(xiàn)

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