随着现代飞机和兵器设备对资料机能要求的不休提升，，， 传统钢材已经无法满足其使用要求。 钛合金拥有高的比强度、、良好的耐蚀性、、优良的高温机能等一系列利益，，， 已被越来越多的利用于航空航天、、兵器设备等领域[1－3] 。

TB6钛合金(Ti-10V-2Fe-3Al)是一种典型的近β型钛合金[４，，，5] ，，， 拥有高强度、、高断裂韧性、、深淬透性和强抗应力侵蚀能力等特点，，， 在航空工业中得到宽泛利用。 此外，，， 该合金还拥有相变点低、、铸造温度低和流动应力低等利益，，， 相比其他商标的高强钛合金更容易铸造成形[６ －９] ，，， 更合适选取等温铸造。 经铸造后的TB6钛合金在制成零件前，，， 必要凭据零件机能要求进行固溶和时效处置。 现实出产中，，， 钛合 金锻件铸造实现后必要空冷至室温再进行固溶和时效，，， 而固溶温度和等温铸造的铸造温度相近，，， 因而，，，本钻研将等温铸造实现后的TB6钛合金直接进行水淬＋时效处置，，， 并与铸造实现后空冷至室温再进行固溶＋ 时效处置的锻件机能进行对比，，， 钻研等温铸造后热处置工艺对TB6钛合金组织与机能的影响，，，以期为后续热处置工艺改进提供参考。

1、、尝试

尝试资料取自北京航空资料钻研院钛合金钻研所熔炼的φ330mmTB6钛合金铸锭。 该铸锭以海绵钛和中央合金为原料，，， 经过3次真空自耗熔炼而成，，，其β相变点为790℃，，， 化学成分见表１。

选取3000Ｔ快锻机对铸锭进行开坯、、改锻，，， 最后铸造成?320mm的棒材。 在统一根棒材上截取2件尺寸为75mm×160mm×180mm的方形棒材(轴向为锻压方向)。 图１ 为TB6钛合金方形棒材的原始组织。 能够看出，，， 该棒材组织的β基体上均匀散布着等轴初生α相，，， 为等轴组织。

将TB6钛合金棒材和模具加热至Ｔβ－30 ℃，，，在ＹＨ-１000 等温锻压机上以肯定速度进行等温模锻，，，2支棒材的锻压变形量均为50％。 第1支棒材铸造实现后直接水淬，，， 在水中静置30min，，， 而后进行时效处置，，， 时效温度在510 ~560℃，，， 保温８ｈ后空冷，，，该锻件象征为１^＃；； 第2 支棒材铸造实现后空冷，，， 而后进行固溶和时效处置，，， 固溶温度为Ｔβ－30 ℃，，， 保温2h后水淬，，， 时效制度与１^＃ 锻件一样，，， 该锻件象征为2^＃。 别离从水淬后的１^＃锻件和空冷后的2^＃锻件上截取金相试样，，， 选取Ｃａｍｓｃａｎ￣3１00 扫描电镜对显微组织进行观察对比；； 2支锻件时效后也别离截取金相试样，，， 分析热处置工艺对组织的影响。 选取英斯特朗电子全能试验机别离对热处置后的１^＃和2^＃ 锻件横、、纵向拉伸机能及平面应变断裂韧度进行测试。

2、、了局与分析

2.1 显微组织分析

方形棒材的等温铸造变形过程等同于棒材的单向压缩过程，，， 棒材变形过程中重要有3个变形区[１0] ，，，别离为变形死区、、大变形区和自由变形区，，， 如图2所示。 与上模！、下模接触的部门为Ⅰ区，，， 该区域金属变形时与模具产生横向摩擦，，， 摩擦力故障金属的横向流动，，， 该区变形量小，，， 属于变形死区，，， 其组织与原始组织差距不大；； 棒材的心部为Ⅱ区，，， 金属受压过程，，， 心部的金属流动受上模！、下模约束，，， 所以金属横向向外扩大，，， 横截面面积增大，，， 资料变形量大，，， 有利于组织的演变，，， 该区属于大变形区；； 棒材的外缘部门为Ⅲ区，，， 外缘金属受到心部金属的向外挤压力，，， 横向向外扩大变形产生鼓肚，，， 变形量介于变形死区和大变形区之间，，， 该区属于自由变形区。

为便于组织观察，，， 所有金相试样均取自自由变形区。

图3 为TB6钛合金方棒锻后水淬及锻后空冷态的显微组织。 从图3 可知，，， １^＃ 锻件锻后直接水淬，，，其组织中晶粒存在显著的天堑，，， β基体上没有形成感生α相。 这重要是由于１^＃ 锻件在等温铸造过程产生大量的位错，，， 天生高的畸变能，，， 并且在变形过程中产活泼态再结晶，，， 使晶粒得到细化。 固然位错有利于合金元素扩散，，， 但水淬急剧冷却以至合金元素来不及进行重新散布，，， 所以β基体上没有感生α相析出。

2^＃锻件锻后空冷，，， β基体上有感生α相形成，，， 晶粒没有显著的天堑。 这重要是由于空冷冷却速度较慢，，，合金元素有足够的功夫进行扩散，，， 所以β基体上析出了感生α相。

图４ 为１^＃ 和2^＃ 锻件时效后的显微组织。 从图４可知，，， １^＃锻件经时效后β基体上析出混乱交错的次生α相，，， 2^＃锻件经时效后析出的次生α相拥有显著的方向性。

2.2 力学机能分析

表2 为TB6钛合金棒经热处置后的横、、纵向拉伸机能。 由表2数据可知，，， 经分歧工艺热处置后的１^＃和2^＃锻件的拉伸机能差距不大，，， 都属于高强度级别，，， 其中纵向抗拉强度都为1200MPa级别，，， 横向抗拉强度都为1150MPa 级别，，， 塑性水平相当。

资料的力学机能由显微组织决定。 TB6钛合金方棒经分歧工艺热处置后得到的拉伸力学机能相当，，， 这重要是由于其组织中初生α相的含量和尺寸、、次生α相的含量和尺寸根基一样。

表3 为１^＃和2^＃锻件时效后的平面应变断裂韧度。

由表3 可知，，， １^＃锻件的平面应变断裂韧度显著高于2^＃锻件，，， 这重要是由于热处置工艺分歧析出相的形 态和散布分歧所致。 １^＃锻件锻后水淬过程有形变热处置的作用，，， 形变热处置可能细化微观组织，，，且水 淬时的急剧冷却可能提高过冷度，，， 增长形核的质点，，， 同时急剧冷却可克制变形时产生的畸变能开释，，，为后续的时效相变提供驱动力，，， 为马氏体向条 状α相转变提供大量的结晶主题，，， 扭转α相的析出机制，，， 从而得到混乱交错的次生α相[１１] 。 2^＃ 锻件锻后空冷，，， 冷却速度缓慢，，， 资料有足够的功夫对产生的畸变能进行开释，，， 因而β基体上析出短棒状的感生α相，，， 并在后续的时效过程析出次生α相。 析出的感生α相和次生α相成长时都拥有择优取向，，，排布拥有肯定的方向性。 平面应变断裂韧度值与析出相的描摹和排布方式有亲昵的关系，，， 析出相混乱交错，，， 可能故障裂纹的扩大，，， 资料断裂必要亏损更多的能量，，， 所以１^＃锻件的平面应变断裂韧度高于2^＃锻件。

综上所述，，， TB6钛合金等温铸造后，，， 选取直接水淬＋ 时效的工艺制度代替空冷至室温再进行固溶＋时效的工艺制度，，， 不仅可能缩短热处置周期，，， 并且可能提高合金的断裂韧性。

3、、结论

(1)TB6钛合金等温锻后空冷，，， β基体上有感生α相天生；； 等温锻后水淬，，， β基体上无感生α相天生。

(2) TB6钛合金等温锻后直接水淬＋ 时效析出的次生α相比锻后空冷至室温再进行固溶＋ 时效析出的次生α相越发混乱，，， 拥有更高的平面应变断裂韧度。

(3)TB6钛合金等温锻后水淬＋ 时效，，， 其强度和塑性与等温锻后空冷再经固溶＋ 时效的水平相当。

可用等温铸造后直接水淬＋ 时效的工艺制度代替空冷至室温再进行固溶＋ 时效的工艺制度。

参考文件

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