Ti-5111 合金名義成分為Ti-5Al-1Mo-1V-1Zr-1Sn，是美國研發(fā)的一種低成本鈦合金，其含有高濃度α 穩(wěn)定元素(5%Al)和較低含量β 穩(wěn)定元素，如V、Mo，屬于近α 合金。Ti-5111 合金強(qiáng)韌性高、可焊接性良好，抵抗海水腐蝕能力優(yōu)異，且成本低于同特性(例如Ti6Al4V ELI)的鈦合金，因此在高性能潛艇機(jī)械和結(jié)構(gòu)部件中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，目前它已經(jīng)被美國應(yīng)用于一系列海軍服役設(shè)備中，例如水下無人車輛外殼。為了將其應(yīng)用至更多零部件，更深入地了解熱處理工藝對(duì)Ti-5111 組織和性能的影響顯得非常必要，這也是本文研究的目的。

在綜合管廊智能化系統(tǒng)研究中，國外的研究起步較早。國外智能化管廊的發(fā)展中，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）在電子技術(shù)飛速發(fā)展的過程中，獲得飛速發(fā)展；（2）系統(tǒng)發(fā)展較為完善，形成了標(biāo)準(zhǔn)化的管理體系；（3）在實(shí)際運(yùn)行過程中，具有較好的效果。我國在綜合管廊智能化系統(tǒng)方面的研究，盡管已經(jīng)取得了一定的成就，但依然存在不足。我國綜合管廊智能化系統(tǒng)的發(fā)展過程中，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）起步晚且發(fā)展時(shí)間較短；（2）起點(diǎn)較高，且發(fā)展較為迅速；（3）大部分研究是在借鑒國外已有研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行，因此，在運(yùn)行效果方面，明顯不完善。其中，專業(yè)技術(shù)人員缺乏和管理模式滯后均是導(dǎo)致運(yùn)行效果不理想的重要原因。

本研究選用經(jīng)自由鍛造制備的

47mm 的Ti-5111 精鍛棒材，經(jīng)過普通退火、不同的固溶時(shí)效制度處理，對(duì)各自對(duì)應(yīng)的組織和性能進(jìn)行檢測(cè)，分析研究了不同的熱處理制度對(duì)Ti-5111 棒材組織和性能的影響。

試驗(yàn)

試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)選用經(jīng)過二次真空自耗電弧熔煉的Ti-5111鈦合金鑄錠，其相轉(zhuǎn)變溫度為975℃～985℃，化學(xué)成分滿足ASTM 標(biāo)準(zhǔn)要求，如表1 所示。

瓦克有機(jī)硅精密薄膜是純度為100%的超薄有機(jī)硅膜。這種薄膜介電強(qiáng)度高達(dá)100 kV/mm以上。因其優(yōu)異的電子與機(jī)械性能、穩(wěn)定性和環(huán)境相容性，瓦克有機(jī)硅精密薄膜可作為電活性聚合物（EAP）用于智能可穿戴產(chǎn)品和海浪能發(fā)電。

加工主要設(shè)備

從圖4Ti-5111 合金棒材在不同熱處理制度下的沖擊性能變化趨勢(shì)可以看出，合金的鍛態(tài)沖擊性能較低，隨著退火溫度的升高，沖擊性能逐漸上升。930℃時(shí)，沖擊吸收功可達(dá)到80J。退火溫度超過相變點(diǎn)后，沖擊性能又降低。R 態(tài)及經(jīng)單重退火處理后，V 形缺口試樣沖擊功均可達(dá)50J 以上，表現(xiàn)出良好的沖擊性能。固溶溫度為930℃，經(jīng)不同時(shí)效溫度熱處理。時(shí)效溫度為530℃時(shí)，沖擊吸收功達(dá)到62J。隨著時(shí)效溫度升高，沖擊性能大幅度下降。

韓城區(qū)塊2015年以來累計(jì)壓裂115口井259層，其中有21口井壓裂時(shí)波及鄰井。受壓裂波及影響的鄰井36口井39井次，受影響前日總產(chǎn)氣量58 960 m3，目前日總產(chǎn)氣量25 336 m3，減少33 624 m3；受影響前平均日產(chǎn)水量5.05 m3，目前平均日產(chǎn)水量6.62 m3(表1)，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

試驗(yàn)方法

對(duì)經(jīng)9 種熱處理后的試樣進(jìn)行室溫力學(xué)性能檢測(cè)，室溫拉伸性能、沖擊功變化趨勢(shì)見圖4。從圖4Ti-5111 合金棒材在不同熱處理制度下的室溫拉伸性能可以看出，合金在鍛態(tài)時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均超過熱處理后的強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度約為940MPa。隨著熱處理溫度的升高，室溫抗拉強(qiáng)度R

、屈服強(qiáng)度R

均呈下降趨勢(shì)，伸長率A、斷面收縮率Z 整體呈上升狀態(tài)。750℃熱處理后，棒材的抗拉強(qiáng)度下降30MPa，塑性輕微上升；930℃熱處理后，抗拉強(qiáng)度降低約40MPa，塑性相對(duì)變化不大。1000℃熱處理后，強(qiáng)度呈明顯上升的趨勢(shì)，R

值約945MPa，比R 態(tài)提高5MPa，塑形變化卻急劇下降，這是因?yàn)闊崽幚砉に嚦^相變點(diǎn)，形成魏氏組織，密集排列細(xì)長的次生α 相增加了強(qiáng)度，而材料的塑性除了與再結(jié)晶β 晶粒尺寸有關(guān)外，還與晶界α 相有關(guān)。片狀組織中的一定厚度的連續(xù)晶界α 相，為顯微孔洞的形核長大到臨界尺寸提供了一條有利途徑，從而產(chǎn)生晶間斷裂，使片狀組織的塑性大幅度低于等軸組織和混合組織。

固溶溫度為930℃不變時(shí)，隨著時(shí)效溫度的升高，抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度變化不明顯，伸長率、斷面收縮率呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)。時(shí)效溫度較低時(shí)，次生α 相呈彌散的針狀析出。隨著時(shí)效溫度升高，彌散度增大，從而強(qiáng)化效果增加，而溫度過高時(shí)。針狀α 相獲得更大的驅(qū)動(dòng)力，從而發(fā)生擴(kuò)散使得相界發(fā)生遷移，形成尺寸較大的片狀α 相，從而強(qiáng)化效果反而下降。

結(jié)果與討論

不同熱處理制度對(duì)組織的影響

固溶時(shí)效為鈦合金中常用的一種熱處理制度。固溶即為在高溫加熱過程中，使得合金元素固溶至基體中，隨后在快冷過程中發(fā)生非平衡轉(zhuǎn)變，從而形成過飽和固溶體，緊接著在隨后的時(shí)效過程表中使飽和度降低，從而析出第二相。綜合考慮普通退火后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果，選定930℃作為第一重固溶溫度。鈦合金的時(shí)效主要是依靠β 相在時(shí)效過程中析出彌散的α 固溶體，使合金得到強(qiáng)化。然而，哪個(gè)時(shí)效溫度才能達(dá)到強(qiáng)度和沖擊韌性的最佳配合？本研究分別選擇時(shí)效溫度530℃、560℃、590℃、620℃，進(jìn)行進(jìn)一步熱處理制度摸索。圖 2(f)、圖2(g)、圖2(h)、圖2(i)為不同時(shí)效溫度下的顯微組織形貌?？梢钥闯?，隨著時(shí)效溫度的提高，整體顯微組織仍是雙態(tài)組織，初生α 相含量變化不大。

圖2(a)、 圖2(b)、 圖2(c)、 圖2(d)、 圖2(e)為合金棒材在不同固溶溫度下的顯微組織，對(duì)應(yīng)的不同組織中初生α 相含量變化趨勢(shì)見圖3?？梢钥闯?，試樣分別在750℃、800℃、930℃、950℃退火后，棒材顯微組織均為雙態(tài)組織，即由初生α 相和β 轉(zhuǎn)變相組成。隨著溫度的升高，初生α 相含量逐漸減少，β 轉(zhuǎn)變組織逐漸增多。退火溫度為750℃時(shí)，組織中含有約55%的初生α 相。溫度為930℃時(shí)，初生α相持續(xù)向β 相中溶解，初生α 相減少為50%，且α 相形態(tài)由拉長狀逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍蚧潭容^好的等軸狀。溫度升至950℃時(shí)，初生α 含量減少至45%，β 轉(zhuǎn)變相中出現(xiàn)少量細(xì)長的次生α 相。這是由于在普通退火過程中，隨著溫度的增高，α 相溶解成為高溫過飽和固溶體，初生α 相不斷溶解于β 相中，因此含量相應(yīng)減少。

（1）中國對(duì) “一帶一路”沿線國家機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)品出口的種類比較豐富，且在各國的分布差異在逐步縮小。從圖1中可以看到，2007～2017年，擴(kuò)展邊際的核密度圖峰值均接近于1，基本在 （0.9～1）之間，這說明中國在 “一帶一路”沿線國家的出口種類比較齊全。2007～2012年，核密度圖的峰值越來越高且曲線位置微微右移，說明中國對(duì) “一帶一路”沿線國家的出口產(chǎn)品種類差距越來越??；由于2012～2016年機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)低迷，所以核密度圖的峰值波動(dòng)下降，意味著各國的擴(kuò)展邊際差距稍有變化，但變化幅度并不大。2017年核密度圖的峰值稍有升高，機(jī)械行業(yè)市場(chǎng)稍有回暖。

Ti-5111 合金棒材經(jīng)不同熱處理制度下的顯微組織見圖2。

當(dāng)加熱溫度升至1000℃(α+β/β 相轉(zhuǎn)變溫度10℃～15℃以上)時(shí)，得到魏氏組織(圖2e)，初生α 相大部分轉(zhuǎn)化為原始β 相，α 晶界及晶內(nèi)片層α 非常薄，晶內(nèi)由不同細(xì)長的α 集束組成，典型的α 板條被保留的β 層所包圍，β 層富集于β 穩(wěn)定元素中。這些層的形成是β 穩(wěn)定元素在遷移界面之前擴(kuò)散的結(jié)果。由此可見，熱處理制度對(duì) Ti-5111鈦合金的組織狀態(tài)和相比例有一定的影響，初生α相的含量和次生α 相的比例及形狀因退火溫度改變而得到改變。

不同熱處理制度對(duì)力學(xué)性能的影響

Ti-5111 鑄錠經(jīng)單相區(qū)開坯，經(jīng)兩相區(qū)多火次自由鍛造變形，最后通過徑向鍛造至

47mm 精鍛棒，其顯微組織如圖1 所示。由圖1 可見，合金組織由拉長的條狀初生α 相和少量β 轉(zhuǎn)變組織組成，初生α 相含量大約為75%。

熱處理試驗(yàn)在箱式電阻爐中進(jìn)行，表2 為試驗(yàn)中采用的幾種熱處理方案。經(jīng)熱處理后，使用線切割切取規(guī)格15mm×15mm×80mm 的室溫拉伸試樣，15mm×15mm×20mm 的顯微組織試樣，15mm×15mm×60mm 的室溫沖擊韌性試樣(開口類型為“V”口)。以熱態(tài)作為基準(zhǔn)，檢測(cè)各組對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能和組織形貌。通過分析對(duì)比，研究不同的組織性能如何隨熱處理溫度的變化而變化。檢測(cè)顯微組織采用Axiovery 200 MAT 光學(xué)顯微鏡，利用Clemexe成像軟件配合光學(xué)顯微鏡確定顯微組織中初生α 相的體積分?jǐn)?shù)，室溫拉伸性能檢測(cè)使用Instron 5885 電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，室溫沖擊韌性使用JNS-300 擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)。

試驗(yàn)中所用到主要加工設(shè)備為80/100MN(10000t)油壓快鍛機(jī)、2500t 油壓機(jī)、電阻爐、SXP-13 精鍛機(jī)。

為了更好的分析熱處理制度對(duì)Ti-5111 合金棒材沖擊性能的影響，對(duì)個(gè)別沖擊試驗(yàn)斷口形貌進(jìn)行分析，見圖5。從圖5 中可見，930℃，950℃，熱處理后的沖擊斷口形貌差異不大，斷口相對(duì)平直，呈灰色，1000℃熱處理后的斷口非常粗糙，部分呈現(xiàn)出金屬光澤。圖為沖擊試樣斷口的SEM 照片。從圖中可見，斷口韌窩分布相對(duì)均勻，1000℃處理后的斷口韌窩數(shù)量較少，且可見解理臺(tái)階以及河流花樣。材料的韌性除與α 相比例有關(guān)外，還和其形貌有關(guān)。930℃處理后的雙態(tài)組織，沖擊性能最好，1000℃處理后，可能片狀α 相的位向與主裂紋擴(kuò)展方向相近，裂紋沿α相片間通過，因此沖擊性能最差。

結(jié)論

⑴Ti-5111 鈦合金棒材在九種熱處理制度下性能均符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

運(yùn)用苗頭預(yù)測(cè)法是目前解決勞動(dòng)爭議糾紛的一種非常重要、有效的方法。由于我國用人單位利益和要求日趨多元化，使得我國目前勞資糾紛表現(xiàn)為易激化的特點(diǎn)。糾紛不斷增多，新的、復(fù)雜的糾紛不斷出現(xiàn)，有些糾紛極易出現(xiàn)反復(fù)，難以調(diào)解。成功地運(yùn)用苗頭預(yù)測(cè)法能夠主動(dòng)地掌握這些糾紛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，面對(duì)可能發(fā)生的復(fù)雜情況可以及時(shí)采取措施并解決，從而預(yù)防復(fù)雜、激化、嚴(yán)重態(tài)勢(shì)的發(fā)生。

⑵在750℃、800℃、930℃、950℃分別單重退火后，初生α 相含量占45%～60%，Ti-5111 棒材的室溫強(qiáng)度隨著退火溫度的提高略有降低，塑性差異不大，沖擊性能先增大后減??；雙重退火后，隨著時(shí)效溫度升高，強(qiáng)塑性無明顯變化，沖擊性能顯著下降。

⑶選擇退火制度為 930℃/1h.AC，即可獲得強(qiáng)度和塑性、沖擊性能的相對(duì)最佳匹配。