固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響研究

（沈陽博帥材料科技有限公司，遼寧 沈陽 110000）

鈦合金Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe，屬于(a+b)型鈦合金，具有良好的綜合力學(xué)機械性能。比強度大，比強度sb/g=23.5，其中，強度sb=1.012MPa、密度g=4.4＊103，而合金鋼的比強度sb/g小于20。在生產(chǎn)過程中對鈦合金型材進行加工，能夠有效的改變鈦合金的機械性能[1]。鈦合金晶粒度細化是保證鈦合金加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，我國對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化影響因素分析的研究起步較早，早在很多年前就有對鈦合金型材進行固溶處理的經(jīng)驗，通過改變鈦合金中原子排列的方式，分析兩者之間存在的關(guān)系，取得了一定的研究成果，能夠在提高鈦合金質(zhì)量的同時，取得一定的經(jīng)濟效益。為此，本文在此基礎(chǔ)上進行固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響研究。希望通過本文研究，為鈦合金綜合性能的提升提供理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用鈦合金為自行研制的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金，該合金鑄錠化學(xué)成分，如表1所示。

表1 Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金鑄錠化學(xué)成分

結(jié)合表1所示，鈦合金在1050℃下開坯，加工成d12mm×2000mm的棒材。

1.2 試驗方法

選取d10mm×10mm的鈦合金試樣，將鈦合金試樣界面用氧化鋁拋光劑進行精拋光，分別在900、950、980和1000℃下加熱并保溫1.0h[2]。制備好的金相試樣，經(jīng)過腐蝕后放置在干燥器中24h，腐蝕液各成分體積配比為HF：HNO3：水=1:2:6。利用光學(xué)顯微鏡進行鈦合金晶粒度細化分析。為保證試驗的普遍性，選取3個平行試樣，統(tǒng)一進行固溶處理。本文進行的XRD測試在X射線衍射儀上進行。在硫酸鹽環(huán)境下采用質(zhì)量分數(shù)為2.0%的Na2SO4以及NaHSO4混合溶液開展鈦合金晶粒度細化試驗。利用25t電液伺服材料試驗機對鈦合金試樣界面進行雙面剪切試驗，以位移控制加載的方式，將加載速率始終控制在1.21 mm/min，試驗過程中重點觀察鈦合金試樣晶粒度細化形態(tài)，并通過Wevecetly數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響參數(shù)。

2 試驗結(jié)果

為判斷固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響，對硫酸鹽環(huán)境下受腐蝕d10mm×10mm的鈦合金試樣進行軸心抗壓強度測試[3]。

通過建立鈦合金試樣的本構(gòu)關(guān)系，計算鈦合金軸心抗壓強度。設(shè)鈦合金的軸心抗壓強度為t，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，βmax指的是鈦合金軸心抗壓強度的正態(tài)分布；s指的是鈦合金固溶處理后出現(xiàn)的局部滑移量；s0指的是鈦合金最大的應(yīng)力對應(yīng)的局部滑移量。通過公式（1），可計算Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金相應(yīng)的平均晶粒度，設(shè)鈦合金相應(yīng)的平均晶粒度為D，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，F(xiàn)指的是不同視場測量的截點數(shù)測量值；L指的是測量網(wǎng)格的長度，單位為mm。針對公式（2）得出的數(shù)據(jù)進行誤差檢測，設(shè)測量的相對誤差為δ，則其計算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中，指的是相應(yīng)的95%的置信區(qū)間。

根據(jù)計算結(jié)構(gòu)，將Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度測量的相對誤差δ控制在5%以下，對于常規(guī)晶粒度評級，當相對誤差小于10%時可認為測量結(jié)果有效，故所測晶粒度數(shù)據(jù)真實可信。在荷載差別不大的情況下，平均以每1個小時為節(jié)點，得出測試結(jié)果[4]。將得出的測試結(jié)果，代入Wevecetly數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將各試驗組鈦合金晶粒度細化與固溶處理振動功率的對應(yīng)關(guān)系繪制成曲線，如圖1所示。

圖1 鈦合金晶粒度細化與固溶處理振動功率的對應(yīng)關(guān)系

通過圖1可知，鈦合金晶粒度細化的程度會隨著固溶處理振動功率的增加而變大，且一直呈上升趨勢。因此，可得出結(jié)論：固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化有著積極、正面的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金晶粒度細化。

3 結(jié)果分析

本文通過提出的試驗，以d10mm×10mm的鈦合金試樣作為此次試驗研究的基準試樣，將不同的固溶處理振動功率作為自變量，通過此次試驗研究，可知固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化存在一定的可尋找規(guī)律，經(jīng)過一系列的研究得知，通過固溶處理的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度精細化程度更高。

綜上所述，結(jié)合金屬凝固動力學(xué)Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化需要克服較大的能量勢壘，而通過固溶處理能夠為鈦合金晶粒度細化提供驅(qū)動力。因此，可以通過固溶處理實現(xiàn)鈦合金晶粒度細化，提高鈦合金的加工質(zhì)量。

希望能夠通過本文得出的理論依據(jù)，為鈦合金建筑行業(yè)經(jīng)濟效益的提升提供技術(shù)指導(dǎo)[5]。

4 結(jié)束語

本文開展了固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響研究，針對固溶處理對鈦合金晶粒度細化產(chǎn)生的具體影響，得出結(jié)論。盡管本文研究已經(jīng)趨近于完善，但在后期的研究中仍存在一些不足有待解決，有必要加大固溶處理在Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化方面的研究力度。

截止目前，國內(nèi)外針對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的研究仍存在一些問題，缺少專業(yè)性極強的配套試驗研究裝置，因此在后期的建筑行業(yè)市場調(diào)研過程中，可以通過對固溶處理的裝置優(yōu)化設(shè)計，進一步對固溶處理對Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe鈦合金晶粒度細化的影響提出深入研究，全面探索固溶處理在鈦合金晶粒度細化應(yīng)用中的作用效果。