拉伸變形和固溶制度對TB2鈦絲材抗拉強度的影響

供稿|薛虎明，王建斌，馬元杰，黃淑陽/ XUE Hu-ming, WANG Jian-bin, MA Yuan-jie, HUANG Shu-yang

拉伸變形和固溶制度對TB2鈦絲材抗拉強度的影響

Inf l uence of Drawing Distortion and Solid Solution System on TB2 Wire Tensile Intensity

供稿|薛虎明，王建斌，馬元杰，黃淑陽/ XUE Hu-ming, WANG Jian-bin, MA Yuan-jie, HUANG Shu-yang

內(nèi) 容 導 讀

TB2（Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr）是一種亞穩(wěn)定β型鈦合金，在固溶狀態(tài)下具有良好的冷成型性能和良好的焊接性能，經(jīng)固溶時效處理后，具有高的強度及良好的塑性，在航空、航天領域作為緊固件有廣泛的應用。TB2鈦合金絲材經(jīng)拉伸加工后，可細化晶粒，使其結構致密、改善組織，進一步提高合金強度。

本文主要分析了TB2鈦合金絲材在不同變形量，經(jīng)不同固溶制度熱處理后對其抗拉強度的影響，初步探尋TB2合金絲材的抗拉強度與變形量及固溶制度之間的關系。

試驗材料與方法

試驗材料

實驗選用的鑄錠是經(jīng)兩次真空自耗爐熔煉，并采用鍛造和軋制方式加工為φ9.5 mm的線坯，其化學成分如表1所示。對φ9.5 mm線坯進行溫拉，并分別以四種不同的拉伸變形方案拉制四個規(guī)格的絲材，之后按照不同的溫度和保溫時間制定不同的固溶制度方案進行固溶熱處理。

表1 Ti-3Al-5Mo-5V-8Gr合金化學成分 %

拉伸方案

方案A：由φ9.5 mm線坯經(jīng)7個道次溫拉伸至φ5.7 mm，無中間退火，拉伸變形量65%。

方案B：由φ9.5 mm線坯經(jīng)6個道次溫拉伸至φ6.0 mm進行800℃保溫10 min退火。對φ6.0 mm線坯經(jīng)4個道次拉伸至φ4.5 mm，無中間退火，退火后拉伸變形量為40%；φ6.0 mm經(jīng)9個道次拉伸至φ2.9 mm，無中間退火，退火后拉伸變形量為75%。

方案C：由φ9.5 mm線坯溫拉伸φ2.9 mm，無中間退火，拉伸變形量90%。

固溶熱處理制度

結果與分析

拉伸變形量對固溶態(tài)TB2鈦絲材抗拉強度的影響

TB2鈦絲材采用三種方案拉伸，拉伸變形量對升高，加工硬化趨勢增強，組織進一步細化和纖維化，晶格扭曲更加嚴重。當變形量大于90%時，絲材可能發(fā)生脆斷現(xiàn)象。

固溶制度對TB2鈦絲材抗拉強度的影響

固溶保溫溫度

對變形量為75%的TB2鈦絲材分別采用800、780、760℃保溫10 min，空冷進行固溶處理，取樣檢測抗拉強度。圖2為固溶保溫溫度對抗拉強度的影響。從圖2可以看出：提高固溶保溫溫度，絲材抗拉強度下降。這是由于雖然固溶保溫溫度提高有絲材的固溶態(tài)抗拉強度有明顯的影響，經(jīng)不同道次拉伸變形后進行800℃保溫10 min空冷固溶處理，圖1是經(jīng)拉伸后各絲材的顯微組織，抗拉強度的檢測結果見表2。

圖1 不同拉伸變形量TB2鈦絲材縱向組織：（a）變形量40%；（b）變形量75%；（c）變形量90%

表2 不同拉伸變形量的抗拉強度

從圖1和表2可以清楚地看出，隨著變形量的增加，抗拉強度逐漸增高，這是因為溫拉伸變形是一個加工硬化和回復軟化同時進行的過程，隨著變形程度的增加，不均勻變形進一步加劇，變形抗力利于合金元素更多地溶入固溶體，但卻減弱了拉伸變形對強度提高的加工硬化作用，二者相抵反而造成抗拉強度下降。

圖2 固溶溫度與抗拉強度的影響

固溶保溫時間

對變形量為75%的TB2鈦絲材采用800℃，保溫時間為5、10、15、20 min固溶熱處理，取樣檢測抗拉強度。圖3為固溶保溫時間對抗拉強度的影響。從圖3看出延長保溫時間，絲材抗拉強度下降，這與提高固溶溫度，絲材抗拉強度下降一樣：雖然延長固溶保溫時間有利于合金元素更多地溶入固溶體，但卻減弱了拉伸變形對強度提高的加工硬化作用，二者相抵最終造成抗拉強度下降。

圖3 固溶保溫時間與抗拉強度

結束語

TB2鈦絲材拉伸變形量對固溶態(tài)抗拉強度有明顯影響，選擇合適變形量，可以使固溶態(tài)抗拉強度在標準要求范圍內(nèi)。

TB2鈦絲材固溶熱處理溫度對絲材有明顯的影響，實驗結果顯示：隨著熱處理溫度逐漸降低，抗拉強度逐漸升高，升高的趨勢由強變?nèi)酢?/p>

TB2鈦絲材固溶熱處理保溫時間對絲材有明顯的影響，實驗結果顯示：隨著保溫時間的延長，抗拉強度逐漸降低。

TB2鈦合金是亞穩(wěn)定β型合金，在固溶狀態(tài)下具有良好的冷成型性能，常用于重要用途的緊固件。絲材拉伸變形量和固溶熱處理制度決定其固溶狀態(tài)的抗拉強度。本文采用軋制的φ9.5 mm線坯，設計三種不同變形量的拉伸工藝，加工φ5.0 mm、φ4.0 mm、φ2.5 mm的磨光直絲，取樣檢測固溶態(tài)抗拉強度。檢測結果表明：拉伸變形量控制在65%～85%范圍內(nèi)，抗拉強度可控制在885～980 MPa內(nèi)。對同一工藝TB2絲材分別采用三種制度進行固溶熱處理，取樣檢測固溶態(tài)抗拉強度。結果顯示：隨著熱處理溫度逐漸降低，抗拉強度逐漸升高，升高的趨勢由強變?nèi)酢?/p>

寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014

方案E：對同一拉伸工藝TB2鈦絲材分別采用760、780、800℃，保溫10 min，空冷，進行固溶熱處理。

方案F：對同一拉伸工藝TB2鈦絲材采用800℃分別保溫5、10、15、20 min空冷，進行固溶熱處理。

薛虎明（1966—），男，工程師，主要從事鈦、鋯等稀有金屬絲材加工工藝研究，陜西省寶雞市鈦城路1號寶雞鈦業(yè)股份有限公司，E-mail：bjwangxb@163.com