退火制度對TC25鈦合金棒材組織和力學性能的影響

1、前言

TC25鈦合金的名義化學成分為 Ti-6.5Al-2Zr- 2Sn-2Mo-1W-0.2Si，是一種馬氏體α+β型鈦合金 。該合金在 500 ℃高溫下工作 壽命 可達6000h ，550 ℃高溫下工作壽命達 3000h ，是繼 TC11鈦合金之后用量最大的高溫鈦合金之一 ，是航 空發動機壓氣機的理想用材 [1]。

該合金 的Mo 當量為 2.4 ，是一種可熱處理的兩相鈦合金[2]，因此可 以通過熱處理的方式改善組織 ，達到提高力學性能的目的。本 實驗研 究了不同退火制度對兩相區加工的 TC25 鈦合金顯微組織和力學性能 的影響 ，為指導工業化批量生產提供技術支持 。

2、實驗

實驗所用材料為經過 3 次真空白耗熔煉制備的φ700mm TC25 鑄錠 ，其化學成分符合 G B／T 3620.1規定 。鑄錠的 α+β/β轉變溫度為 1020 ～1030 ℃。

將鑄錠在β相區加熱開坯鍛造后 ，經 β相 區、α+β相區多火次鍛造 、精鍛 ，最終在 α+β相區軋制成為φ17mm的棒材 。棒材的原始組織如圖 1 所示 。

分別選用 7 種不 同雙重退火制度對熱加工態棒材進行處理。雙重退火制度 ：第一 階段退火溫度分別為 840 ，880 ，920 ，940 ，960 ，980 ，1 040℃ ，保溫 1 h ，空冷 ；第二階段退火溫度均為 550℃，保溫6 h ，空冷 。在退火處理后 的棒材上切取金相試樣和拉伸試樣 ，在 A xiovert 200M AT 型顯微鏡上進行顯微組織觀察 ，在 CM T5105 型拉伸試驗機上進行室溫和高溫拉伸性能測試 。

3、結果與分析

3.1退火處理對 TC25 鈦合金顯微組織的影響

棒材經不 同退 火制度處理后 的顯微組織如 圖 2所示 。由圖 2 可見 ，TC25 鈦合金在 840 ～880 ℃進行退火時 ，由于溫度 比較低 ，距轉變溫度 較遠 ，退火處理后顯微組織 的類型和初生α含量與加工態相比變化不明顯 ，均為α+β兩相 區加工組織 (見 圖2a，b) ；在 920 ～980 ℃退火時 ，隨著退火溫度的升高 ，初生的等軸α逐漸球化 ，晶粒尺寸有所 長大 ，含量則隨著退火溫度的升高有所減少 ，且 由于該 溫度處于α-β兩相 區上部溫區，使 轉變組織逐漸增多 ，形成了雙態組織 (見 圖 2c ～f) ；在1040 ℃退火時，由于該溫度高于(α+β/β )轉變溫度 ，α+β組織全部轉變為β相 ，形成 了魏 氏組織(見圖 2g)。

3.2退火處理對 TC25 鈦合金力學性能的影響

3.2.1退 火處理 對 室溫拉伸 性 能 的影響

TC25鈦合金棒材經不同溫度退火處理后 的室溫拉伸性能如圖 3 所示 。由圖 3 可見 ，當退火 溫度在840 —980℃之間變化時 ，TC25 鈦合金的抗拉強度(R_m ) 、屈服強度(R_p0.2)變化不 明顯 ，伸長率 (A )和斷面收縮率 (Z )有 增高 的趨勢 ；退火溫度升 高到β轉變溫度以上時，抗拉強度略有降低 ，但屈服強度 、伸長率和斷面收縮率 降低幅度較大。室溫拉 伸性 能檢驗結果表明 ，TC25 鈦合金棒材在 920 —980 ℃／1 hA C + 550 oC ／6 h A C 后獲 得的等軸組織 和雙態組織的室溫拉伸性能比魏氏組織 的好 。

3.2.2 退火處理對高溫拉伸性能的影響

TC25 鈦合金棒材經不同溫度退火處理后的500℃高溫拉伸性能如表 1 所示 。由表 1 可見 ，高溫拉伸性能隨退火溫度的變化規律與室溫拉伸相 近。即當退火溫度在 840 ～980 ℃之 間變化 時 ，TC25 鈦合金的抗拉強度變化不明顯 ，伸長率和斷面收縮率有增加趨勢 ，但退火 溫度升高到 980 ℃以上 時，抗拉強度 、伸長率和斷面收縮率 降低 幅度均較大。高溫拉伸性能檢驗結果 表明，具有等軸組織和雙態組織 的TC25 鈦合金棒材的高溫拉伸性能優 良。

4、結 論

(1)TC25 鈦合金棒材組織隨退火溫度的升高逐漸由等軸組織轉變為雙態組織 ，經 920 ～940 ℃/1 h AC + 550℃/6h AC 處理后獲得等軸組織 ，經960 ～980 ℃/1 h AC + 550℃/6h AC 處理后獲得雙態組織。

(2 )TC25鈦合金棒材的較佳熱處理制度為960 ～980 ℃/1 h AC + 550℃/6h AC ，經該制度處理后棒材的室溫拉伸性能和高溫(500℃)拉伸性能均優良。

參 考文獻

[1] 稀 有金 屬材料加工手冊編 寫組 ．稀 有金屬 材料加工 手冊[M ]．北京 ：冶金工業 出版社 ，1985．

[2 ] 雷文光 ，毛小 南 ，侯智 敏 ，等 ．熱處 理對 TC21 合 金大規格棒材組織 和性 能的影 響[J]．鈦 工業進 展 ，20 10 ，27( 1 ) ：28 —3 1．