引言

TC10钛合金名义成分为 Ti-6Al-6V-2Sn-0.5Fe-0.5Cu，是在 Ti-6Al-4V 合金基础上增长较多 β 相不变元素 V 及其他调节元素而形成的一种典型α + β 双相钛合金［1 － 3］

。由于其优异的力学机能、耐热机能(可在 400 ℃以下持久使用)、较好的抗氧化性、耐蚀性和焊接机能，被宽泛利用于飞机机身、火箭发起机、核反映堆部件以及石油勘探用油井管等部件［4 － 5］

。与 Ti-6Al-4V 合金相比，TC10 钛合金增长的 β 相不变元素极大地改善了其热处置个性，退火态强度超过了 Ti-6Al-4V 合金，同时也可通过固溶时效热处置达到更高的强度

。由于 α + β 钛合金的机能与 α 相和 β 相的相对含量及描摹亲昵有关，而棒材的组织则与铸造工艺和热处置造度密不成分［6 － 9］

。

因而，为得到综合机能优良匹配的TC10钛合金棒材，钻研了热变形工艺和时效温度对组织和力学机能的影响法规，以期为石油勘探用油井管等提供优质坯料

。

1、尝试

尝试资料选取宝钢特钢出产的φ508 mmTC10钛合金铸锭

。铸锭经过 2 次真空自耗熔炼，其化学成分如表 1 所示

。通过金相法测得合金相变点为 930 ℃

。

TC10钛合金铸锭经过 A、B 2 种分歧铸造工艺加工成 φ130 mm 棒材

。其中，工艺 A: 铸锭→单相区 2 次墩拔→相变点左近 2 次墩拔→两相区 2 次换向墩拔→两相区 2 次拔长→径锻机锻至 φ130 mm;工艺 B: 铸锭→单相区 2 次墩拔→相变点左近 2 次墩拔→两相区 2 次单向墩拔→两相区 2 次拔长→径锻机锻至 130 mm

。别离从 2 种工艺获得的棒材端部沿横向和纵向截取金相试样和拉伸试样，选取蔡司 AXIOPLAN2 金 相 显 微 镜 观 察 显 微 组 织，采 用Zwicke Z-150 全能试验机测试拉伸机能

。对比 2 种工艺造备的棒材的力学机能，拔取机能较优的棒材在马弗炉中进行 875 ℃ × 2 h /WC 固溶处置，而后别离在 510、550、560、600 ℃进行保温 6 h 的时效处置

。

从时效处置后的棒材上截取金相试样和拉伸试样，进行组织观察和拉伸机能测试

。

2、了局与分析

图 1 为 2 种分歧铸造工艺得到的棒材锻态金相照片

。从图中能够看出，铸锭的原始粗晶组织得到了很好的破碎，原始晶界不复存在，棒材组织由初生 α 相、α'相和残存 β 相组成，属于典型的 α + β 双态组织

。选取工艺 A 出产的棒材组织以等轴初生 α相为主，并且均匀性较好，且横向组织与纵向组织差距不大，只是纵向组织中初生 α 相含量稍多，这跟照片拍摄视场有关

。而工艺 B 出产的棒材组织中条状α 相较多，横向和纵向组织差距较大，纵向组织初生条状 α 相和次生条状 α 相拥有显著的方向性

。

TC10钛合金棒材锻态室温拉伸机能如表 2 所示


Ｄ芄豢闯，选取工艺 A 出产的棒材纵向机能和横向机能差距不大，注明棒材的各向异性较幼

。选取工艺 B 出产的棒材纵向与横向拉伸机能差距较大，纵向机能显著优于横向机能，这重要是由于工艺 B得到的棒材的组织均匀性差，横向组织与纵向组织差距较大

。工艺 B 得到的棒材组织中 α 相以条状为主，条状 α 相对强度贡献较大，但不利于塑性机能

。图 2 为工艺 A 得到的TC10钛合金棒材在 875 ℃固溶处置后再经分歧温度时效处置后的金相照片

。

固溶处置睬使部门初生 α 相溶化转变为 β 相，因而初生 α 相数量(见图 2) 与锻态组织(见图 1) 相比显著削减

。固溶过程中形成的亚不变 β 相在时效时会转造成次生 α 相，时效温度较低时，亚不变 β 相转变为藐幼弥散的次生 α 相

。随着时效温度的升高，次生 α 相逐步增多并荟萃长大，当温度达到 560 ℃时，次生 α 相数量达到最大，且状态呈藐幼的短棒状，如图 2c 所示

。其时效温度进一步升高时，次生 α相不休长大变粗，部门析出的 α 相已与初生 α 荟萃在一路(图 2d)，强化作用减弱

。这点与 TC4 钛合金的组织变动类似［9］，但由于TC10钛合金相比 TC4 钛合金的 β 不变元素较多，其固溶时效组织以 β 相为主

。

时效温度对TC10钛合金棒材力学机能的影响如图 3 所示

。从图中能够看出，棒材的抗拉强度随时效温度的升高先迅速降低再逐步升高，其时效温度达到 560 ℃时抗拉强度达到最幼值

。延长率和断面收缩率随时效温度的变动是先升高后降低，在 560 ℃时延长率和断面收缩率达到最高值

。时效温度较低时，组织中析出的弥散藐幼 α 相和 β 相混合物对基体拥有很好的强化作用，因而抗拉强度较高

。但随着时效温度的提高，析出相逐步长大，强化作用逐步减弱，在 560 ℃ 时强度达到最低，之后抗拉强度随时效温度升高而升高，这是由于析出的弥散藐幼的 α 相进一步长大并与初生 α 相产生荟萃，有利于强度的提高

。而延长率和断面收缩率的变动法规与抗拉强度的变动法规正好相反

。强度和塑性是一对对抗的指标，其时效温度较低时，析出的藐幼弥散α 相和 β 相混合物散布在晶界，故障了位错滑移，塑性较低

。随着时效温度升高，藐幼弥散的析出相进一步长大，形成新的晶界，晶粒进一步均匀化，塑性提高，在 560 ℃ 时塑性最佳

。其时效温度超过560 ℃ 时，组织进一步粗化，塑性变差

。时效温度为 550 ℃时棒材能够获得优良的综合力学机能

。

3、结论

(1)选取工艺 A 获得的TC10钛合金棒材组织均匀性好，且机能的各向异性幼; 工艺 B 获得的棒材组织均匀性差，且机能的各向异性大

。

(2)TC10 钛合金棒材的抗拉强度随时效温度升高先降低后升高，而塑性则随时效温度升高先升高后降低

。

(3)TC10 钛合金棒材经 875 ℃ ×2 h/WC +550 ℃× 6 h /AC 热处置能够获得优良的综合力学机能

。

参考文件

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［5］黄晓艳，刘波，李雪． 钛合金在舰船上的利用［J］． 南方金属，2005(6): 10 － 11．

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