退火對TC4鈦合金組織和性能的改善

鈦及鈦其合金因具有密度小、比強度高和良好的耐腐蝕性能等優(yōu)點廣泛應用于航空航天、汽車、化工和船舶等行業(yè)。TC4鈦合金含有6%的α相穩(wěn)定元素Al和4%的β相穩(wěn)定元素V，屬于Ti-Al-V系典型的α+β型雙相熱強鈦合金，具有良好的力學性能和工藝性能，可加工成棒材、型材、板材、鍛件等半成品供應，越來越受到人們的青睞。

目前，國內(nèi)主要側重于TC4鈦合金的高溫性能、蠕變性能及熱穩(wěn)定性能等方面的研究，對如何通過制定合理的熱處理工藝來滿足其實際使用性能的研究還比較少。本文通過對TC4鈦合金板進行不同工藝的熱處理，研究熱處理工藝對材料組織和力學性能的影響規(guī)律，具有重要的理論和實際意義。將海綿鈦、高純鋁(99.99%)及鋁釩合金按一定比例在真空水冷銅坩堝非自耗電弧爐中熔煉，電磁場攪拌，氬氣保護。熔煉后的合金成分為（質量分數(shù)，%）：6.29Al，4.14V，0.029Fe，0.023C，0.19o，余量為Ti。為保證試樣化學成分的均勻性，經(jīng)三次翻轉重熔制備TC4鈦合金棒，經(jīng)軋制成厚3mm的鈦板，并進行650℃×4h的去應力退火處理。將去應力退火后的板材加工成顯微組織觀察試樣和拉伸試樣，進行不同的熱處理：退火(790℃×3h)，固溶淬火(980℃×1h，水冷)，固溶時效(980℃×1h，水冷+580℃×8h，爐冷)。熱處理后的試樣進行拉伸性能測試。

TC4鈦合金退火后爐冷，兩個相都發(fā)生再結晶。α相發(fā)生再結晶，在其變形的基體內(nèi)析出多邊形的小晶粒，在再結晶的β相中析出次生α，得到β轉變組織的基體上分布著α相的組織，且組織較為均勻。由于消除了內(nèi)應力，使塑性和組織穩(wěn)定性提高，但強度和硬度有所降低。固溶淬火后，α片的長寬比減小，筆直的α片發(fā)生了扭曲，連續(xù)的β相界被破壞，形成薄片或網(wǎng)籃狀的α，β相從高溫區(qū)進行快速冷卻時來不及轉變成α相而形成亞穩(wěn)態(tài)的β相。室溫組織為馬氏體α‘’和亞穩(wěn)態(tài)β相，強度和硬度有所提高，但塑性降低較多。固溶時效后，馬氏體α‘’和亞穩(wěn)β相部分發(fā)生分解，轉變成穩(wěn)定的彌散的α相和β相，其強度和硬度比爐冷的高，但塑性則比爐冷的低，鈦合金的綜合性能獲得改善。