退火對(duì)TC4鈦合金組織和性能的改善

鈦及鈦其合金因具有密度小、比強(qiáng)度高和良好的耐腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、化工和船舶等行業(yè)。TC4鈦合金含有6%的α相穩(wěn)定元素Al和4%的β相穩(wěn)定元素V，屬于Ti-Al-V系典型的α+β型雙相熱強(qiáng)鈦合金，具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，可加工成棒材、型材、板材、鍛件等半成品供應(yīng)，越來(lái)越受到人們的青睞。

目前，國(guó)內(nèi)主要側(cè)重于TC4鈦合金的高溫性能、蠕變性能及熱穩(wěn)定性能等方面的研究，對(duì)如何通過(guò)制定合理的熱處理工藝來(lái)滿足其實(shí)際使用性能的研究還比較少。本文通過(guò)對(duì)TC4鈦合金板進(jìn)行不同工藝的熱處理，研究熱處理工藝對(duì)材料組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，具有重要的理論和實(shí)際意義。將海綿鈦、高純鋁(99.99%)及鋁釩合金按一定比例在真空水冷銅坩堝非自耗電弧爐中熔煉，電磁場(chǎng)攪拌，氬氣保護(hù)。熔煉后的合金成分為（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）：6.29Al，4.14V，0.029Fe，0.023C，0.19o，余量為Ti。為保證試樣化學(xué)成分的均勻性，經(jīng)三次翻轉(zhuǎn)重熔制備TC4鈦合金棒，經(jīng)軋制成厚3mm的鈦板，并進(jìn)行650℃×4h的去應(yīng)力退火處理。將去應(yīng)力退火后的板材加工成顯微組織觀察試樣和拉伸試樣，進(jìn)行不同的熱處理：退火(790℃×3h)，固溶淬火(980℃×1h，水冷)，固溶時(shí)效(980℃×1h，水冷+580℃×8h，爐冷)。熱處理后的試樣進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。

TC4鈦合金退火后爐冷，兩個(gè)相都發(fā)生再結(jié)晶。α相發(fā)生再結(jié)晶，在其變形的基體內(nèi)析出多邊形的小晶粒，在再結(jié)晶的β相中析出次生α，得到β轉(zhuǎn)變組織的基體上分布著α相的組織，且組織較為均勻。由于消除了內(nèi)應(yīng)力，使塑性和組織穩(wěn)定性提高，但強(qiáng)度和硬度有所降低。固溶淬火后，α片的長(zhǎng)寬比減小，筆直的α片發(fā)生了扭曲，連續(xù)的β相界被破壞，形成薄片或網(wǎng)籃狀的α，β相從高溫區(qū)進(jìn)行快速冷卻時(shí)來(lái)不及轉(zhuǎn)變成α相而形成亞穩(wěn)態(tài)的β相。室溫組織為馬氏體α‘’和亞穩(wěn)態(tài)β相，強(qiáng)度和硬度有所提高，但塑性降低較多。固溶時(shí)效后，馬氏體α‘’和亞穩(wěn)β相部分發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的彌散的α相和β相，其強(qiáng)度和硬度比爐冷的高，但塑性則比爐冷的低，鈦合金的綜合性能獲得改善。