由圖1可以看出，隨著固溶溫度升高，初生a相從彌散的顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)闂l狀或短棒狀,達(dá)到一定溫度后全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣戮Я?且β晶粒內(nèi)的片狀a均呈細(xì)針狀。這說明此時(shí)的溫度已經(jīng)到達(dá)β相的轉(zhuǎn)變溫度。升高固溶溫度可使Ti55531合金的組織發(fā)生改細(xì)針狀。這說明此時(shí)的溫度已經(jīng)到達(dá)β相的轉(zhuǎn)變溫度變,滿足合金高強(qiáng)度的要求,但當(dāng)固溶溫度高于Tβ(β相轉(zhuǎn)變溫度)后，相消失，β晶粒形成并長大，從而導(dǎo)致合金的強(qiáng)度增大，塑性下降。為避免β晶粒形成和快速長大,Ti55531合金的固溶溫度不宜超過Tβ,這樣可以獲得晶粒尺寸合適并同時(shí)含有初生α相和次生α相混合的雙態(tài)組織[3]。此類組織的綜合性能較好,是鈦合金中廣泛采用的組織類型。
由圖2可以看出，隨著時(shí)效溫度逐漸降低，在黑色基體上分布著的白色短棒狀或條狀α相逐漸溶解，球化析出彌散的顆粒，其面積分?jǐn)?shù)達(dá)到20%~30%。可見，時(shí)效溫度的降低導(dǎo)致組織發(fā)生變化，這將會(huì)導(dǎo)致其室溫拉伸性能發(fā)生很大變化。結(jié)合表1可見，時(shí)效溫度降低50℃，室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加了約200MPa，伸長率和斷面收縮率下降明顯，尤其是伸長率下降到了0.5%。這說明時(shí)效溫度對Ti55531合金室溫拉伸性能的影響更大。
2.2對鍛件組織和性能的影響
從表2可以看出，隨著時(shí)效溫度從650℃降至600℃，Ti55531合金鍛件在室溫和500℃下的抗拉強(qiáng)度均增大，伸長率和斷面收縮率則均降低，這與棒材的試驗(yàn)結(jié)果相符。此外，當(dāng)時(shí)效溫度為650℃時(shí)，雖然塑性指標(biāo)比較好，但是室溫拉伸強(qiáng)度不能滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，屬于不合格產(chǎn)品，在實(shí)際生產(chǎn)中該熱處理制度不能選用;當(dāng)時(shí)效溫度為600℃時(shí)，Ti55531合金達(dá)到了良好的強(qiáng)度和塑性匹配，強(qiáng)度和塑性指標(biāo)都能達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)的要求。
表2 Ti55531合金鍛件經(jīng)不同熱處理后的橫向拉伸性能
| 熱處理工藝 | 抗拉強(qiáng)度/MPa | 屈服強(qiáng)度/MPa | 伸長率/% | 斷面收縮率/% | ||||
| 室溫 | 500℃ | 室溫 | 500℃ | 室溫 | 500℃ | 室溫 | 500℃ | |
| T2×t1,空冷+650℃×t2,空冷 | 1215 | 907.5 | 1160 | 640 | 9.5 | 22.5 | 23.5 | 85.5 |
| T2×t1,空冷+600℃×t2,空冷 | 1340 | 997 | 1330 | 690 | 7.0 | 17 | 23.5 | 89.5 |
| BMST-360H標(biāo)準(zhǔn) | ≥1240 | — | ≥1172 | — | ≥4 | — | 實(shí)測 | — |
由于鍛件是最終的熱加工產(chǎn)品，其變形量比較充分，熱加工過程已使組織充分變形，因此在光學(xué)顯微鏡下看不出時(shí)效溫度調(diào)整前后的組織變化，如圖3和圖4所示,均為兩相區(qū)鍛造的彌散、細(xì)小的α顆粒分布在黑色的轉(zhuǎn)變?chǔ)禄w上，不同區(qū)域組織的均勻性基本一致。
3、結(jié)論
(1)隨著固溶溫度升高，Ti55531合金棒材中的初生α相由顆粒狀變?yōu)闂l狀或短棒狀,直至全部變?yōu)棣孪?隨著時(shí)效溫度降低，短棒狀或條狀α相逐漸溶解并球化析出α顆粒。
(2)隨著固溶溫度升高，合金室溫抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯增大，伸長率和斷面收縮率則大幅下降;隨著時(shí)效溫度降低，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度逐漸增大，伸長率和斷面收縮率明顯降低。
(3)為使鈦合金棒材的室溫強(qiáng)度和塑性達(dá)到最佳匹配，固溶溫度應(yīng)控制在相變點(diǎn)以下，時(shí)效溫度宜選擇在600~620℃區(qū)間。
(4)固溶溫度在相變點(diǎn)以下,時(shí)效溫度在600℃時(shí)，Ti55531合金鍛件的強(qiáng)度和塑性可滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
參考文獻(xiàn):
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[3]趙永慶，陳永楠，張學(xué)敏.鈦合金相變及熱處理[M].長沙:中南大學(xué)出版社,2012:130.
（注，原文標(biāo)題：熱處理工藝對Ti55531合金組織和拉伸性能的影響）
