Ti-55531合金退火處理工藝研究

Ti-55531(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr)合金作為新型高強(qiáng)近β鈦合金，具有強(qiáng)度優(yōu)異和斷裂韌性高等優(yōu)點(diǎn)，擁有良好的淬透性和較寬的加工工藝范圍，特別適合制造必須承受巨大應(yīng)力的零部件，如大型結(jié)構(gòu)件、起落架、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)掛架間連接裝置等，在航空航天工業(yè)中日益受到青睞。鈦合金組織類型和形態(tài)上的差異對(duì)其力學(xué)性能有著顯著的影響。已有文獻(xiàn)對(duì)Ti-55531合金β退火處理后的組織和性能進(jìn)行了研究，但未見有對(duì)兩相區(qū)退火和雙重退火進(jìn)行系統(tǒng)研究的報(bào)道。由于Ti-55531合金合金化程度高，組織對(duì)熱處理工藝較為敏感，因此系統(tǒng)地開展了Ti-55531合金退火處理工藝研究，揭示單相區(qū)退火、兩相區(qū)退火以及雙重退火中退火工藝參量變化對(duì)Ti-55531合金顯微組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。

實(shí)驗(yàn)材料為Ti-55531合金棒材，規(guī)格為Φ125mm×550mm，棒材原始組織為等軸組織，等軸α相的比例為43%。金相法測得合金相變點(diǎn)為（845±5）℃。

兩階段普通退火即在較高溫度進(jìn)行第一階段退火后爐冷至較低溫度，再在較低溫度進(jìn)行第二階段退火后空冷。采用SX3-10-13型熱處理爐，具體設(shè)計(jì)了12種熱處理方案，在820～900℃溫度范圍內(nèi)對(duì)Ti-55531合金棒材進(jìn)行普通退火以及雙重退火處理。兩相區(qū)退火3種方案：（820、830、835）℃保溫1.5h→爐冷至580℃→保溫8h→空冷至室溫。單相區(qū)退火7種方案：（840、860、870、880、900）℃保溫1.5h→爐冷至580℃→保溫8h→空冷至室溫，以及880℃保溫1.5h→爐冷至（540、620）℃→保溫8h→空冷至室溫。單相區(qū)雙重退火2種方案：880℃保溫1.5h→爐冷至（740、760）℃→保溫1h→空冷至室溫；580℃×8h/AC。

沿棒材長度方向切取拉伸試樣，試樣直徑5mm，標(biāo)距長25mm，對(duì)試樣進(jìn)行性能測試和顯微組織觀察。試驗(yàn)結(jié)果如下：

（1）兩相區(qū)退火后合金組織為雙態(tài)組織，分布著條狀α相、等軸狀α相和β轉(zhuǎn)變組織，隨著退火溫度的升高，初生α相含量下降，晶界α相數(shù)量增多；單相區(qū)退火后合金為有粗大β晶粒的魏氏組織，在原β晶界處析出不連續(xù)的α相，并沿一定方向向晶內(nèi)生長，在晶粒內(nèi)部有針狀α相析出，隨著第一級(jí)和第二級(jí)退火溫度的升高，β晶粒尺寸持續(xù)長大；單相區(qū)雙重退火處理后合金組織中含有較大比例的針狀α相。

（2）兩相區(qū)退火可獲得較高的延伸率、斷面收縮率，但抗拉強(qiáng)度較低。隨著退火溫度的升高，合金抗拉強(qiáng)度升高，延伸率、斷面收縮率略有下降，但變化不明顯。單相區(qū)退火可獲得較好的強(qiáng)塑性匹配，隨著第一級(jí)退火溫度的升高，合金抗拉強(qiáng)度變化不大，合金延伸率、斷面收縮率均呈降低的趨勢；隨著第二級(jí)退火溫度的升高，合金抗拉強(qiáng)度下降，斷面收縮率、延伸率略有提高。單相區(qū)雙重退火后合金具有最高的抗拉強(qiáng)度，而合金延伸率、斷面收縮率最低。