β钛合金拥有高的比强度、断裂韧性、优良的淬透性。这类合金的典型代表有TB2（Ti-5V-5Mo-8Cr-3Al）、TB3（Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al）、TB5（Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al）、TB6（Ti-10V-2Fe-3Al）、TB8（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.25Si）、TB9（Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr）和Ti55531（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr）等[1]。在这些合金中，当选取的加工前提相宜时，TB6能够获得最佳的强度、韧性和高周委顿强度匹配[2-4]。同时，合金固溶处置后拥有中等强度、优良的塑性、焊接性及冷成型性。固溶后再经时效处置，可获得极度高的强度，充分阐扬了其可热处置强化的特点，可用于造作强度要求高的零部件。

TB6钛合金通过热处置可获得4%～10%的伸长率、1100～1400MPa的抗拉强度。合金拥有相变过程的多样性，因而热处置造度显得尤为沉要[5]。随着资料机能要求的提高，最单一并易实现的蹊径就是通过调整钛合金的热处置造度，以获得最佳的强度和塑性匹配，满足工程使用要求。刘彬等[6]钻研批注，多沉热处置能够显著提高合金的塑性和断裂韧度，而对强度的影响不大。鉴于此，本钻研在GJB1538A—2008中划定的通例固溶时效处置基础上进行工艺参数调整，同时与退火+固溶/时效的热处置造度进 行对比，以分析热处置方式、固溶/时效温度对合金的相组成及室温拉伸机能的影响。总结了热处置对TB6钛合金组织及机能的影响法规，实此刻不降低合金强度的情况下提高合金的塑性，可为改善大型结构件的力学机能提供参考。

1、尝试资料及步骤

1.1尝试资料

尝试用TB6钛合金铸锭选取1t真空自耗电弧炉3次熔炼出产，表1为TB6钛合金的化学成分。

对表1中的数据分析可知，TB6钛合金的化学成分切合GJB1538A—2008的要求。铸锭经多火次铸造成φ90mm规格棒材。选取金相法测定该批合金的相变点，（α＋β/β）相变点为810～815℃。TB6棒材的宏观组织与微观组织如图1所示。由图可见，宏观组织均匀、无清澈晶；微观组织由弥散散布的等轴初生α相与β转变组织组成。

1.2尝试步骤

将TB6钛合金棒材别离进行分歧尝试规划的热处置，钻研热处置后合金组织和机能的变动。表2为TB6钛合金棒材的热处置工艺造度。金相试样侵蚀剂成分为10%草酸鼓和溶液+3%氢氟酸+87%H2O（原子分数）。显微组织观察在OLYMPUS/PMG3型光学显微镜上进行；室温拉伸机能测试选取INSTRON型电子全能尝试机实现。

2、了局与会商

2.1热处置对显微组织的影响

凭据GJB1538A—2008中TB6钛合金棒材的热处置造度要求：在相变点以下30～60℃领域内进行固溶加热，保温1～2h，水冷；在510～560℃领域内时效，保温功夫不少于8h，空冷。本钻研在此基础上，结合TB6的相变点，钻研了固溶温度、时效温度对其组织和力学机能的影响。为了提高合金室温机能，拔取在相变点以下20～30℃的退火预处置再固溶/时效热处置造度。拔取这个温度进行退火处置，重要是为了保留α_p相，提高合金的塑性。

规划a1、a2、a3、b1均选取的是通例固溶/时效造度，合金在相变点以下30～60℃固溶处置，能够使β相中铁和钒富化（因而β相调换加不变）并使初生α相的体积分数达到与该固溶温度相当的平衡值β；宓脑俳峋Ъ八婧缶Я３ご蠊淌腔郝腫7]，但初生α相的调整则很迅速。在固溶过程中，在保留绝大部门β相的同时，有可能出现少量的诱发马氏体α''相和淬火ω相。α''拥有正交点阵结构，固溶处置温度越高，出现的可能性越大。TB6钛合金由于β相中的Fe和V富化到足以使Ms降低到室温以下，将不会产生马氏体转变。选取X射线衍射结构分析得出，在750～790℃固溶温度淬火后的相组成为β+α+少量α''+微量ω[4]。520℃时效过程中产生β→β+α转变，只有有一个次生α（α_s）片在位错、晶粒天堑或其他晶粒缺点处形成，在这个α_s片左近的β基体中，α_s相的形核几率就大大增长。首先形成一束一束的α_s相片，随着保温功夫的耽搁或时效温度的升高，这些α_s相片束长成一体，出现一种十吩旖均的散布，通例固溶处置后显微组织如图2（a0）所示，可见合金在固溶处置后为α+β两相组织，在β晶粒内部门布着大量初生α相颗粒。固溶/时效处置后的组织如图2（a1）、（a2）、（a3）和（b1）所示，可见，经时效处置后，基体β相内散布着时效析出的藐幼的α_s相。对比图2（a1）、（a2）与（a3），能够看出随着时效温度的升高，析出的α_s相较为粗壮，出现条状相。重要原因是随着时效温度升高，α_s相析出过程的长大速度加快，使得析出的α_s相长大粗化，且散布不均匀。

对比图2（a2）和图（b1）可知，合金在相变点以下固溶再时效处置后，随固溶温度升高，原始β晶粒尺寸长大不显著。重要是合金在（α＋β）/β转变温度（相变点）下，由于α_p相的存在，可能限度再结晶后β晶粒的长大，即由于α_p相的钉扎作用，限度了再结晶后β晶粒的长大[8]。但随着固溶温度升高，α_p相削减，析出的α_s相增长，强化相藐幼且散布均匀。规划c1选取退火+固溶/时效热处置，退火后的组织如图2（c0）所示，退火+固溶/时效后组织如图2（c1）所示Ｄ芄豢闯觯汉辖鹜嘶鸷笪+β两相组织，即β基体上散布着大量α_p相。规划a1、a2、a3、b1与c0相比，退火+固溶/时效后（规划c1），β基体的晶粒尺寸不均匀，大部门的原始β晶粒较粗壮，部门地位较藐幼，α_p相含量较多，时效析出的α_s相尺寸较大，且散布不均匀。

2.2热处置对棒材室温拉伸机能得影响

TB6合金经分歧热处置后的室温力学机能见图3。对譬喻案a1、a2与a3可知，随着时效温度的升高，合金的抗拉强度降低，从1265MPa降至1171MPa，但合金的塑性升高，伸长率从12%升至14%，断面收缩率从46%升至59%。重要原因是，随着时效温度的升高，从β基体中析出的α相粗化，未沉淀区面积增大，晶界、晶内网状物析出景象减轻或解除，所以合金的塑性增长[9-10]。但同不断效析出的α相（α_s）粗壮且散布不均匀，强化成效降低，因而合金的强度降低。

对譬喻案a2与b1可知，合金在（α＋β）/β转变温度（相变点）下进行固溶处置，随着固溶温度的升高，合金再经时效处置后的抗拉强度升高，从1185MPa升至1203MPa，塑性略有降落，伸长率变动不大，断面收缩率从57%降至53%。这是由于随着固溶温度升高，原始β晶粒尺寸变动不大，但合金组织中α_p相削减、强化相增长，宏观阐发出强度显著提高，塑性降落的景象。

由规划c1与a1、a2、a3、b1对比可知，合金的抗拉强度降低，抗拉强杜咨1265MPa降至1179MPa，但合金的塑性升高，伸长率变动不大，断面收缩率从46%增到61%。这重要是由于合金退火后组织中存在大量α_p相，时效后阐发出优异的塑性。但同时由于形核析出相，在随后的时效处置后，先析出的相持续长大，并削减了低温时的相形核，从而使最终析出的相析出不均匀[11]，尺寸较大。因而，弥散强化作用减幼，合金的强度降低。

3、结论

（1）合金在相变点以下进行固溶/时效处置，随着时效温度的升高，析出的α_s相粗化且散布不均匀，合金的强度降低而塑性升高。

（2）合金在相变点以下进行固溶/时效处置，随着固溶温度的升高，α_p相削减，析出的α_s相藐幼且散布均匀，合金的强度升高。

（3）退火后再进行固溶/时效，α_p相含量增长，α_s相不均匀，合金的塑性显著提高，而对强度的影响不大。

参考文件:

[1] 《中国航空资料手册》编纂委员会 ． 中国航空资料手册 [M]．北京：中国尺度出版社， 2002．

[2] 鲍如强， 黄旭， 黄利军 ．Ti-10V-2Fe-3Al 合金热工艺的钻研[J]． 罕见金属， 2005 ， 29(2) ： 214-218．

[3] Terlinde G ， Fischer G．Titanium 95 science and technology [C]// Birmingham ： The Institule of Mateials ， 1996．

[4] 沙爱学，王如庆，李兴无 ． 航空用高强度结构钛合金的钻研及利用 [J]． 罕见金属， 2004 ， 28(1) ： 239-242．

[5] 黄利军，鲍如强，黄旭，等 ．Ti-1023 钛合金细晶化和组织节造工艺钻研 [J]． 罕见金属， 2004 ， 28(1) ： 54-57．

[6] 刘彬，黄旭，黄利军，等 ．TB6钛合金多沉固溶时效热处置工艺钻研 [J]． 罕见金属， 2009 ， 33(4) ： 489-493．

[7] Bhattacharjee A ， Bhargava S ， Varma V K ， et al．Effect of βgrain size on stress induced martensitic transformation in βsolution treated Ti-10V-2Fe-3Al alloy [J]．Scripta Materialia ，2005 ， 53 ： 195-200．

[8] 张维，王凯旋，王涛，等 ．Ti-1023 钛合金在飞机上的利用钻研[C]// 北京：中国航空工业总公司， 1994．

[9] 王晶，韩洪武，阎彩文 ． 热处置对 TB5 板材组织和机能的影响[J]． 罕见金属资料与工程， 2008 ， 37(Z3) ： 671-673．

[10] 李国庆 ．β21S 钛合金板材热处置钻研 [J]． 航空与航天，2001 ， 13(2) ： 15-17．

[11] 张贤明，韩明臣，倪沛彤，等 ． 热处置对 TB3钛合金棒材组织和机能的影响 [J]． 钛工业进展， 2010 ， 27(6) ： 30-33．