一種新型高沖擊韌性鈦合金Ti-64S

文志剛，李獻軍，吳月茜，王麗瑛，楊蓉，楊慧麗

（1.寶雞鈦業(yè)股份有限公司，陜西 寶雞 721014；2.國核寶鈦鋯業(yè)股份公司，陜西 寶雞 721014；3.國標(biāo)（北京）檢驗認(rèn)證有限公司，北京 100088）

1 前言

鈦合金因具有高比強度、耐蝕、低彈性模量、耐低溫、無磁性等優(yōu)良特性，因而在歐美等國在海洋、石油等領(lǐng)域大量應(yīng)用。

美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)—API Spec 5CT規(guī)范中對于P110鋼級鋼材性能指標(biāo)要求為：Rm≥862 MPa，Rp0.2758～965 MPa，A≥12%，0℃時AKV8橫向≥33 J，縱向≥65 J。而目前應(yīng)用最為廣泛的Ti-64鈦合金強度與其相當(dāng)，但沖擊值較難穩(wěn)定達到該指標(biāo)要求。

Ti-64S是寶雞鈦業(yè)股份有限公司在國際通用Ti-64鈦合金基礎(chǔ)上進行成分改型，添加一定數(shù)量β穩(wěn)定元素及中性元素對合金進行強、韌化，形成的一種自主研發(fā)的新型改型鈦合金。其沖擊韌性較Ti-64合金明顯改善，且具有良好的耐蝕性和穩(wěn)定性，完全可滿足P110鋼級鋼材性能指標(biāo)要求，是海水環(huán)境及海洋石油開采理想的結(jié)構(gòu)材料。合金小型試驗完成后，投料對Ti-64S與Ti-64合金的室溫拉伸、沖擊、斷裂韌性、硬度等性能了測試、比對。

2 試驗用料及方法

分別熔煉其余主元素及雜質(zhì)元素含量相近的Ti-64S與Ti-64合金Ф620mm鑄錠各1個，以相同的鍛造及擠壓工藝加工為10622mm擠壓管材、Φ25mm棒材及35mm×72mm扁方棒，分別在相變點以下40℃進行熱處理，而后進行室溫拉伸、0℃沖擊功、斷裂韌性、硬度等性能測試。

3 試驗結(jié)果與分析

兩合金的室溫拉伸、0℃沖擊功、斷裂韌性、硬度檢測結(jié)果見表1。

表1 室溫拉伸，0℃沖擊功，斷裂韌性，硬度檢測結(jié)果

兩合金10622mm擠壓管材室溫拉伸及0℃沖擊功測試結(jié)果見表2，顯微組織見圖1。

表2 室溫拉伸及0℃沖擊功測試結(jié)果

圖1 顯微組織圖

圖1可見，兩牌號管材由于加工及熱處理工藝相當(dāng)，其組織類型一致，均為雙態(tài)組織，雙態(tài)組織中的轉(zhuǎn)變基體，網(wǎng)籃交織的細小片狀次生能不斷改變裂紋擴展的方向，使裂紋擴展路徑曲折，從而消耗裂紋擴展功，使得雙態(tài)組織表現(xiàn)出較高的沖擊性能[1]。

由表1及表2可見，Ti-64S與Ti-64合金強度、硬度相當(dāng)，但沖擊及斷裂韌性明顯改善。

對比美國石油學(xué)會API Spec 5CT規(guī)范P110鋼級鋼材性能指標(biāo)要求，即Rm≥862 Mpa，Rp0.2758～965 Mpa，A≥12%，0℃AKV8橫向≥33 J，縱向≥65 J可見，Ti-64合金部分縱向沖擊功不達標(biāo)，而Ti-64S合金可穩(wěn)定滿足指標(biāo)要求。即改型合金Ti-64S生產(chǎn)的加工材各項指標(biāo)完全可滿足相關(guān)要求，實現(xiàn)以鈦材替代鋼材。

4 結(jié)語

（1）Ti-64S是一種高沖擊性能的新型改型鈦合金，其強度、硬度與Ti-64合金相當(dāng)，沖擊及斷裂韌性明顯優(yōu)于Ti-64合金。

（2）Ti-64S鈦合金可替代P110鋼級鋼材應(yīng)用于石油、海洋等領(lǐng)域。

參考文獻

[1]B.K.亞歷山大等著,鈦合金半成品：43-45.