Gr.17鈦鈀合金性能影響因素分析

供稿|趙金玲，容 耀，李向東，王小丹 / ZHAO Jin-ling, RONG Yao, LI Xiang-dong, WANG Xiao-dan

Gr.17是Gr.1(一級(jí)工業(yè)純鈦)+0.04%～0.08%Pd組成的合金，屬于α型鈦合金。由于Ti-Pd合金不僅保留了工業(yè)純鈦在氧化性介質(zhì)中優(yōu)良的耐蝕性能，而且在還原性介質(zhì)中耐蝕性明顯提高，特別重要的是在高溫(沸點(diǎn)以上)氯化物中具有抵抗局部腐蝕的能力。另外，Pd屬于慢共析型β穩(wěn)定元素，提高其含量，可減少氫脆的敏感性。因此Gr.17鈦鈀合金以其強(qiáng)的抗蝕性和抗吸氫能力極其耐縫隙腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于石油、化工以及冶金等領(lǐng)域。本文主要介紹了雜質(zhì)元素Fe、O含量及其熱處理工藝和顯微組織對(duì)Gr.17鈦鈀合金力學(xué)性能的影響，摸索出了相應(yīng)規(guī)律，優(yōu)選出了合理的熱處理制度、Fe、O含量及其組織形態(tài)，使其屈服強(qiáng)度明顯降低，達(dá)到了技標(biāo)200629的要求。為大批量生產(chǎn)該合金板材提供了工藝依據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用材料采用熔鑄廠真空電弧爐熔煉的Gr.17合金鑄錠，經(jīng)鍛造廠開坯鍛造成方板坯，板坯經(jīng)修磨后在3300 mm四輥可逆式軋機(jī)上二次熱軋至厚度為8.0 mm的熱軋板材。合金的相變點(diǎn)為880℃。

(1) 對(duì)雜質(zhì)元素Fe、O含量分別為0.02%、0.05%；0.03%、0.06%；0.04%、0.08%的8.0 mm板材進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)。

(2) 對(duì)相同化學(xué)成分、相同加工工藝的8.0 mm板材分別以680℃、710℃、740℃、770℃、790℃進(jìn)行1 h退火，退火后進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)。

(3) 對(duì)不同晶粒的等軸組織﹙相同化學(xué)成分，相同加工工藝，不同溫度退火﹚的8.0 mm板材進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn)。

結(jié)果與討論

主要雜質(zhì)元素Fe、O含量對(duì)板材力學(xué)性能的影響

雜質(zhì)元素Fe、O含量不同的8.0 mm板材力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可見，隨著Fe、O含量的增加，強(qiáng)度逐漸升高，延伸率逐漸降低。雜質(zhì)元素Fe、O可與鈦形成間隙式固溶體，造成嚴(yán)重的晶格畸變，強(qiáng)烈阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高強(qiáng)度、降低塑性，同時(shí)對(duì)疲勞性能、蠕變抗力、熱穩(wěn)定性及缺口敏感性等也有很大危害。因此應(yīng)嚴(yán)格控制雜質(zhì)元素Fe、O的含量。在本研究中，由于屈服強(qiáng)度σ0.2指標(biāo)苛刻，為進(jìn)一步降低板材的屈服強(qiáng)度使之滿足技標(biāo)200629標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)嚴(yán)格控制鑄錠Fe、O含量及加工過程中的氧化、增氧。

表1 8.0 mm板材室溫力學(xué)性能

熱處理工藝對(duì)板材力學(xué)性能的影響

相同化學(xué)成分、相同加工工藝、不同溫度退火后板材的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果見表2及圖1。

由表2及圖1可見，在680～740℃范圍退火，隨著溫度的升高，強(qiáng)度略有降低，但變化幅度較小。680～740℃之間，延伸率逐漸升高，但當(dāng)溫度升高至770℃，延伸率有所降低，這是晶粒長(zhǎng)大、粗化的結(jié)果，應(yīng)加以避免。在此基礎(chǔ)上優(yōu)選的熱處理溫度為680～740℃。

不同晶粒大小的等軸組織對(duì)板材力學(xué)性能的影響

相同加工工藝、相同化學(xué)成分、不同溫度退火后板材的顯微組織見圖2，對(duì)應(yīng)的力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果見表3，對(duì)應(yīng)的晶粒尺寸大小見表4。

表2 不同退火溫度對(duì)板材力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

圖1 退火溫度對(duì)板材力學(xué)性能的影響

由圖2可看出，在680～770℃之間，它們的組織均呈現(xiàn)出等軸α組織。由表3及表4可見，在相同的保溫時(shí)間下，隨著退火溫度的升高，等軸α組織晶粒逐漸增大，當(dāng)溫度增加至770℃以上時(shí)，晶粒明顯粗化，產(chǎn)品性能惡化。等軸組織d對(duì)應(yīng)的板材屈服強(qiáng)度未達(dá)標(biāo)，這是因?yàn)橥嘶饻囟仍礁撸貜?fù)程度就越大，結(jié)果使變形后的儲(chǔ)存能減小，使晶粒粗化。而等軸組織a 、b、 c具有較好的強(qiáng)度與塑性的匹配。分析原因是細(xì)小晶粒內(nèi)部和晶界附近的應(yīng)變度相差較小，引起應(yīng)力集中小，能承受較大的變形量。且晶粒越細(xì)，晶界越曲折，不利于裂紋的傳播。由此可得出均勻細(xì)小的等軸α組織對(duì)板材屈服強(qiáng)度的降低及塑性的提高均有利，因此應(yīng)制定合理的熱加工工藝，使板材具有均勻細(xì)小的等軸組織。以便獲得較好的綜合機(jī)械性能。

圖2 不同退火溫度8.0 mm板材對(duì)應(yīng)的顯微組織. (a) 680℃×1h/AC；(b) 710℃×1h/AC；(c) 740℃×1h/AC；(d) 770℃×1h/AC

表3 不同晶粒等軸組織對(duì)板材力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

表4 不同退火溫度(相同保溫時(shí)間)的8.0 mm板材晶粒尺寸大小測(cè)試結(jié)果

結(jié)束語

(1) 雜質(zhì)元素Fe、O含量是Gr.17鈦鈀合金板材屈服強(qiáng)度的主要影響因素，必須對(duì)鑄錠Fe、O含量及加工過程的氧化、增氧作嚴(yán)格控制。

(2) 優(yōu)選的熱處理溫度為680～740℃。

(3) 均勻細(xì)小的等軸α組織對(duì)板材屈服強(qiáng)度的降低及塑性的提高均有利。

通過以上對(duì)Gr.17鈦鈀合金板材屈服強(qiáng)度影響因素的分析，得出了相關(guān)關(guān)系與規(guī)律，以此為依據(jù)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選，確定出了合理的化學(xué)成分、熱加工工藝及熱處理制度，使成品板材屈服強(qiáng)度明顯降低，塑性提高。板材力學(xué)性能達(dá)到了技標(biāo)200629的標(biāo)準(zhǔn)要求。為今后大批量生產(chǎn)該合金板材提供了工藝依據(jù)。