軋制工藝和退火溫度對TC4ELI鈦合金厚板顯微組織的影響

王儉 李有華 李蒙 王勤波 王新 張永強(qiáng)

摘要：

研究了軋制工藝和退火溫度對TC4ELI鈦合金厚板顯微組織的影響。結(jié)果表明：采用工藝1軋制后的板材顯微組織為雙態(tài)組織;采用工藝2軋制后板材的顯微組織為網(wǎng)籃組織。將網(wǎng)籃組織板材在不同溫度下退火后發(fā)現(xiàn)：退火溫度低于900 ℃時，板材顯微組織沒有明顯變化，仍為網(wǎng)籃組織;退火溫度為940 ℃時，板材顯微組織中出現(xiàn)了再結(jié)晶現(xiàn)象，一部分條狀α相變成等軸狀α相，網(wǎng)籃組織向等軸組織過渡。合適的退火溫度為780～900 ℃。

關(guān)鍵詞：

TC4ELI鈦合金; 網(wǎng)籃組織; 再結(jié)晶; 退火

中圖分類號： TG 146 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Effects of Rolling Procedure and Annealing Temperature on Microstructure of TC4ELI Titanium Alloy Thick-plate

WANG Jian LI Youhua LI Meng WANG Qinbo WANG Xin ZHANG YongQiang

（1.Baoti Group Ltd.， Baoji 721014， China;

2.Baoji Titanium Industry Co.， Ltd.， Baoji 721014， China）

Abstract：

The effect of rolling procedure and annealing temperature on microstructure of TC4ELI Titanium Alloy thick-plate was investigated.The results show that duplex microstructures are obtained after rolled by Procedure 1.The basket-weave microstructure is observed after rolled by Procedure 2.The plates with basket-weave microstructure are annealed at different temperatures.There is no significant change with the basket-weave microstructure maintaining，when the annealing temperature is lower than 900 ℃.Recrystallization is observed when the annealing temperature is 940 ℃.Some lamellar α phase transforms to the equiaxed α phase.The basket-weave microstructure transforms to equiaxed microstructure.The appropriate annealing temperature is 780-900 ℃.

Keywords：

TC4ELI titanium alloy; basketweave microstructure; recrystallization; annealing

深海中儲藏有豐富的資源和能源，開發(fā)深海中的資源和能源將有助于人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。然而，開發(fā)深海資源和能源需要新一代先進(jìn)裝備，同時也對制備裝備的材料提出了更高的要求，要求材料不但需要具有高強(qiáng)度以承受巨大的水壓，還應(yīng)該具有優(yōu)異的耐蝕性以在服役期間經(jīng)受海水腐蝕。鈦及鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性好和無磁性等一系列優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工和兵器等領(lǐng)域[1-3]。目前，鈦及鈦合金已經(jīng)在海洋環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用，例如海洋油氣開發(fā)平臺、海港建筑、沿海發(fā)電站、海水淡化設(shè)備、船舶及海洋熱能轉(zhuǎn)化設(shè)備等方面。

TC4ELI鈦合金的海水浸泡腐蝕率低、強(qiáng)度高、成形性能和焊接性能優(yōu)異，其在海洋裝備上的應(yīng)用越來越廣泛。龐洪等[4]研究了熱處理對厚度為90 mm的TC4ELI寬幅厚板鈦合金組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)在720～930 ℃熱處理后，其顯微組織為均勻細(xì)小的α+β組織，板材的性能高于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。呂逸帆等[5]研究了固溶和時效對TC4ELI寬幅厚板鈦合金組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)提高固溶溫度、增大冷卻速率、降低時效溫度可以提高合金的強(qiáng)度;降低固溶溫度、增大冷卻速率、降低時效溫度可以提高合金的沖擊韌性和斷裂韌性。萬明攀等[6]研究了固溶溫度對TC4ELI鈦合金厚板組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)：固溶溫度的升高，等軸α相的數(shù)量減少，而β相轉(zhuǎn)變組織的數(shù)量逐漸增加。其抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和斷裂韌性逐漸增加，而斷面收縮率和伸長率下降，抵抗裂紋擴(kuò)展的能力也逐漸增強(qiáng)。馬英杰等[7]研究表明，具有片層狀組織的TC4ELI鈦合金具有較大的疲勞裂紋尖端塑性區(qū)，并且裂紋擴(kuò)展路徑更加曲折，裂紋擴(kuò)展速率更低。鈦合金厚板在海洋裝備上應(yīng)用時，常常會采用焊接的方法進(jìn)行板材之間的連接，焊接過程中焊縫區(qū)的溫度超過相變點溫度，焊縫區(qū)的組織進(jìn)入β相區(qū)，冷卻后β相轉(zhuǎn)變成片狀組織，為了保證焊縫區(qū)與基體組織相近，鈦合金厚板應(yīng)該具有網(wǎng)籃組織。然而，如何制備出具有網(wǎng)籃組織的TC4ELI鈦合金厚板的研究很少。

本文以TC4ELI鈦合金為試驗材料，通過優(yōu)化軋制工藝和退火溫度，制備出具有網(wǎng)籃組織的TC4ELI鈦合金厚板。

1 試驗材料和方法

試驗所用的TC4ELI鈦合金鑄錠采用真空自耗電弧爐熔煉，熔煉次數(shù)為3次，鑄錠直徑為840 mm。相變點為983 ℃。鈦合金鑄錠經(jīng)過鍛造制成板坯，然后軋制成厚度為22 mm的板材。