2.2　固溶時(shí)效對合金室溫拉伸性能的影響

對870℃2h固溶再經(jīng)不同溫度時(shí)效4h后合金進(jìn)行室溫拉伸測試，結(jié)果見表2，并根據(jù)表2數(shù)據(jù)繪制時(shí)效溫度與強(qiáng)度和塑性的關(guān)系曲線，分別見圖2和圖3。從表2、圖2及圖3可以看出，隨時(shí)效溫度升高，合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低，伸長率和斷面收縮率升高。如時(shí)效溫度為520℃時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為1339 MPa和1274MPa，伸長率和斷面收縮率分別為7.9%和12.1%;時(shí)效溫度為530℃時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度下降至分別為1310MPa和1249MPa，伸長率和斷面收縮率升高至分別為9.1%和13.2%;升高時(shí)效溫度至540℃時(shí)，合金抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別降至1292MPa和1233MPa，伸長率和斷面收縮率分別增至9.7%和14.2%。時(shí)效溫度對拉伸性能影響與組織觀察結(jié)果是相一致的。隨時(shí)效溫度升高，次生α片層厚度和α次生相含量增加，細(xì)晶強(qiáng)化作用減弱，且β相固溶強(qiáng)化效果減弱，故拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低，伸長率和斷面收縮率增加。從表2、圖2及圖3還可看出，合金強(qiáng)度在520~530℃區(qū)間時(shí)較為敏感，時(shí)效溫度提高10℃，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別下降了29 MPa和25MPa，而在530~540℃區(qū)間時(shí)效溫度提高10℃，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別下降了18MPa和16MPa。

表2　Ti-65541鈦合金經(jīng)固溶時(shí)效后的室溫拉伸性能

進(jìn)一步對合金拉伸斷口進(jìn)行微觀形貌分析，結(jié)果見圖4。可以看出，不同時(shí)效溫度下拉伸斷口形貌均由纖維區(qū)、輻射區(qū)及剪切唇區(qū)組成。在纖維區(qū)、輻射區(qū)均可觀察到大量小刻面和韌窩，說明合金斷裂機(jī)制為解理斷裂與韌性斷裂的混合斷裂機(jī)制。對比不同時(shí)效溫度下的纖維區(qū)和輻射區(qū)大小(見圖4a~圖4c)，輻射區(qū)寬度從大到小順序?yàn)?20℃>530℃>540℃，這也一定程度上反映了塑性大小順序?yàn)?40℃>530℃>520℃，與拉伸數(shù)據(jù)結(jié)果是相一致的。此外，盡管不同時(shí)效溫度下拉伸斷口均存在大量韌窩，但540℃時(shí)效后斷口韌窩明顯比520℃時(shí)效后韌窩更加均勻、致密，說明540℃比520℃時(shí)效后的塑性更好。

2.3　固溶時(shí)效對合金斷裂韌度的影響

對870℃2h固溶再經(jīng)不同溫度時(shí)效4h后合金進(jìn)行斷裂韌度測試，結(jié)果見表3。根據(jù)表3數(shù)據(jù)繪制時(shí)效溫度與斷裂韌度的關(guān)系曲線，見圖5。從表3和圖5可以看出，當(dāng)時(shí)效溫度為520℃時(shí)，該鈦合金的斷裂韌度為66.7 MPa·m1/2，升高時(shí)效溫度至530℃時(shí)，斷裂韌度為66.8 MPa·m1/2，僅提高了0.1 MPa·m1/2，與520℃時(shí)效時(shí)基本一致;繼續(xù)升高時(shí)效溫度至540℃時(shí)，斷裂韌度為72.2MPa·m1/2，與520℃時(shí)相比增加了8.1%。對斷裂韌度斷口進(jìn)行微觀形貌觀察，結(jié)果見圖6~圖8。可以看出，不同溫度時(shí)效后合金裂紋源均位于加工缺口，且存在明顯的河流花樣和撕裂紋。擴(kuò)展區(qū)則呈現(xiàn)出臺階狀或羽舌狀的解理斷口形貌特征。在瞬斷區(qū)都呈現(xiàn)明顯的韌窩和解理面共存特征。

表3　Ti-65541鈦合金不同時(shí)效熱處理后的斷裂韌度(MPa·m^1/2)

3、結(jié)論

(1)Ti-65541鈦合金870℃2h+(520~540℃)4h固溶時(shí)效后原始β晶界清晰可見，合金組織由原始β晶粒內(nèi)部分布著細(xì)小片層狀次生α相組成;

(2)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨時(shí)效溫度升高而降低，伸長率和斷面收縮率隨時(shí)效溫度升高而增加;

(3)Ti-65541鈦合金強(qiáng)度在520℃~530℃區(qū)間時(shí)效時(shí)較為敏感，斷裂機(jī)制為解理斷裂與韌性斷裂的混合斷裂機(jī)制;

(4)斷裂韌度在520℃~530℃區(qū)間時(shí)效時(shí)基本增加緩慢，但在540℃時(shí)效時(shí)顯著增加;

(5)從獲得良好綜合力學(xué)性能考慮，Ti-65541鈦合金應(yīng)選取870℃2h固溶+540℃4h時(shí)效為宜，此時(shí)抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別可達(dá)1292MPa和1233MPa，伸長率和斷面收縮率分別可達(dá)9.7%和14.2%，斷裂韌度可達(dá)72.2 MPa·m1/2。

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（注，原文標(biāo)題：時(shí)效溫度對Ti-65541鈦合金力學(xué)性能和顯微組織的影響_胡生雙）