钛合金拥有较高的强度密度比，优异的耐侵蚀机能、焊接机能，因而在航空、航天、刀兵、舰船、民用等领域得到了宽泛的利用 [1–4] 。钛合金与钢相比结构减沉可达30%以上，与铝合金相比，一致质量迪胙合金装甲比铝合金装甲防护力提高30%以上，因而钛合金成为世界各装甲强国为减轻整车质量和提高防护能力所竞相选取的重要资料之一 [5] 。

Gr.38钛合金是美国Allegheng技术公司(ATI)开发的一种新钛合金，可包办通用的中高强钛合金，其名义成分为Ti–4Al–2.5V–1.5Fe–0.25O，是一种α+β型高强钛合金。和TC4合金相比，Gr.38合金利用铁包办较高成本的钒作为β不变元素，其强杜纂TC4合金相当，伸长率相当或略高。但与之分歧的是Gr.38钛合金既能热加工又能冷加工，可造成薄板、卷材、条材、精密热轧带材、厚板、无缝管材以及铸件和工程化产品。鉴于Gr.38钛合金拥有极佳的超塑成形性和开孔委顿机能，还可进行摩擦搅动焊接，其用处极度宽泛，颇适合用来取代钢、铝、纯钛材及其他钛合金，出格是在航空航天以及军事防御系统方面有极其辽阔的利用远景 [6] 。

1 、尝试资料与步骤

试验用Gr.38钛合金板材选取3次真空自耗电弧熔炼?220 mm铸锭，在铸锭上扒皮后取样检测其相变点（ T _β ）温度为990 ℃。相变点以上开坯，两相区反复镦拔铸造成厚度约144 mm的板坯，后经两次加热轧造成板。Gr.38钛合金板材的化学成分见表1，板坯在两相区开坯轧造至40 mm，显微组织见图1，为典型的两相钛合金组织。

而后经火焰切割机下料，随后依照表2经过6种工艺轧造厚度为7.0~8.2 mm钛合金热态板材，其中1 # ~4 # 工艺制品轧造均选取7个轧造路次，路次变形量约12%，5 # 和6 # 工艺的区别在于热轧路次及变形量分歧，5 # 工艺选取6个轧造路次，路次变形量约15%，6 # 工艺选取4个轧造路次，路次变形量约20%。将热态板材在750 ℃温度下退火处置60 min后空冷，选取2450 mm四辊可逆热轧机对Gr.38钛合金板材进行轧造，24 m辊底式电阻退火炉对Gr.38钛合金板材进行热处置，在制品板材整体热处置后取试样进行力学机能及金相检测。选取CMT5205电子全能试验机、NEXUS3001XLM-IMP硬度计进行力学机能测试，ICX41M光学显微镜进行显微组织观察。

2、 尝试了局与会商

2.1 轧造工艺对显微组织的影响

Gr.38板材经过近β轧造：980 ℃轧造（1 # 工艺），退火后获得初生等轴α相（体积分数10%~15%）+β转变组织典型双态组织（图2(a)），β转变组织中的次生条状α相细密且交错成网状。两相钛合金在α+β两相区变形过程中，片层α相的等轴化是其塑性变形过程的沉要行为，动态再结晶被以为是片层组织等轴化的沉要机造 [7] 
；Gr.38板材经过准β轧造：1010 ℃轧造（2 # 工艺），退火后获得典型的片层组织（图2(b)），β晶粒沿金属流动方向被压扁拉长，在β晶粒中产生了显著的弯曲变形带，在变形晶粒的交叉处以及变形带上有部门藐幼的等轴晶粒，产生了部门动态再结晶
；Gr.38板材经过高温淬火+低温轧造：1010 ℃淬火+900 ℃轧造（3 # 工艺），退火后获得藐幼混乱交错的网篮组织（图2(c)），高温淬火形成的原始β晶界获得充分破碎，无显著细晶界α存在
；Gr.38板材经过低温轧造：900 ℃轧造（4 # 工艺）退火后获得典型的等轴组织（图2(d)），初生α相含量增多，低温轧造导致金属加工流线更显著，且拉长的层状α增多
；Gr.38板材经过5 # 和6 # 轧造工艺下退火后获得的组织α相被拉长，分列越发有序，体此刻横向和纵向力学机能各向异性越发显著。经对比发现，880 ℃低温大变形换向轧造获得的板材组织，初生层状α相相对越发藐幼，长宽比更大，次生α相呈细密混乱交错状。而900 ℃轧造的板材组织中，初生α相粗壮且呈云朵状，次生α相沿金属加工流线方向呈条状且混乱交错水平较幼。

2.2 轧造工艺对力学机能的影响

工艺决定组织，组织决定机能，轧造工艺对钛合金板材力学机能有着很大的影响。图3是Gr.38钛合金板材经分歧轧造工艺后的力学机能阐发，由图3看出，对比1 # 和2 # 工艺的力学机能，随着轧造温度的升高，资料的强度指标急剧降落，批注过高的轧造温度不利于改善资料的综合力学机能。3 # 工艺批注资料在高温淬火后进行低温轧造，抗拉强度、屈服强度均有所提升。经过工艺4 # ~6 # 轧造，资料机能相对工艺3 # 来说变差。

Gr.38 钛合金板材进行分歧的轧造工艺处置后，其机能测试了局如表 3 所示。由表 3 能够看出，并非所有了局都能达到尺度，具体来说，1 # 、2 # 、4 # 工艺轧造后的板材均未能满足既定的机能要求，仅 3 # 和 6 # 工艺切合预约指标要求。对于 3 # 和 6 # 工艺，在强度方面 3 # 工艺稍强于 6 # 工艺，但在塑性–韧性–硬度方面工艺 6 # 工艺要优于 3 # 。综合来说，在切合指标要求的情况下，6 # 工艺机能匹配最佳。近一步分析发现，6 种轧造工艺出产的板材在纵向方向上均阐发出比横向更高的冲击韧性，逾越约 2~3 J。这一景象能够归因于纵向方向上长条α 的交叉分列 ， 这种分列在冲击过程中增长了断裂裂纹的扩大蹊径，从而使得裂纹扩大所需的能量逐级增长 [8] ，最终导致合金板材的冲击韧性得到提升 。 在硬度方面， 3 # 和 6 # 工艺出产的板材硬度相对较高。出格值妥贴心的是，3 # 工艺，即高温淬火（T _β +20 ℃）+低温轧造（T _β -90 ℃）出产的板材在力学机能的各向异性方面阐发出显著的优势，由于板材中的织构是影响合金力学机能各向异性的重要成分之一 [9] 。Cheng 等 [10] 对 TA32 高温钛合金的钻研批注：随着退火温度升高，α 相中逐步形成 R 型织构，B 型织构逐步减弱，织构强度的差距重要与初生 α 相和转变 β 相体积分数有关。通常，基面织构会减弱各向异性，而 R 型织构和 T型织构会增长各向异性。通过对 4 # 和 6 # 工艺的力学机能数据进行对比，能够发现换向交叉轧造能够减幼力学机能的各向异性，这也切合薄东明等 [11] 对 ZK60 镁合金的钻研：交叉轧造能够减弱基面织构，消弱板材各向异性，使资料组织越发均匀，提高断后延长率。在结合3# 工艺，能够给出结论：高温淬火和换向交叉轧造可能有效消弱织构，从而减幼横纵向机能的差距。

综上所述，通过对Gr.38钛合金板材的分歧轧造工艺下组织及力学机能进行对比和分析发现，首先3 # 和6 # 工艺轧造的板材各项机能均满足指标要求
；其次适当的高温淬火和低温换向轧造工艺对于提高资料的力学机能和削减机能各向异性拥有沉要作用。这些发现对于优化钛合金板材的出产和应器拥有沉要的领导意思。

2.3 抗弹机能

打靶测试选用了各项力学机能均满足预期研发指标要求的3 # 和6 # 工艺出产的Gr.38钛合金板材，板材热处置后表表进行抛丸酸洗处置。依照 GJB59.18—1998 进行打靶测试，射击参数：100 m 射距，53 式 7.62 mm 通常弹，经过 5 发子弹射击后，打靶测试了局见图 4，3 #工艺高温淬火（T _β +20 ℃）+低温轧造（T _β -90 ℃）出产的板材经 5 发子弹射击后，3 发直接侵彻贯通板材，两发弹坑较深，背面开裂，防护等级较低
；6 # 工艺低温大变形换向轧造（T _β -110 ℃）出产的板材经 5 发子弹射击后，板材正面 4 发子弹弹坑较浅，1 发子弹弹坑较深，板材背面均未出现开裂。测试了局批注在综合机能匹配最佳的情况下，防弹成效最好，这与王幸运等 [7] 的钻研了局一致。

3、结论

（1）经过分歧轧造工艺钻研发现，两相区轧造+通常退火态（3 # —4 # 工艺）的板材强度、塑性以及韧性匹配要优于近 β 和准 β 轧造的板材，且经过高温淬火+低温轧造的板材各向异性显著幼于纯低温轧造的板材，注明高温淬火能够消弱织构，减幼横纵向机能差距。

（2）随着轧造温度的升高，Gr.38 钛合金板材的强度和塑性指标急剧降落，过高的轧造温度不利于改善资料的综合力学机能。

（3）3 # 工艺高温淬火+低温变形和 6 # 工艺低温大变形换向轧造的板材纵横力学机能均能满足指标要求，思考到工程化利用的便捷性，选择 6 # 工艺低温大变形换向工艺进行 Gr.38 钛合金板材的轧造。

（4）6 # 工艺出产的 Gr.38 钛合金板材在强度、塑性、冲击韧性、硬度综合机能匹配最佳的情况下，防弹成效最好。

参考文件：

[1] 李毅，赵永庆，曾卫东. 航空钛合金的利用及发展趋向.资料导报，2020，34(S1)：280

[2] 邹武装.钛脊合金在航天工业的利用及瞻望.中国有色金属，2016(1)：70.

[3] 陈京生，孙葆森，安康. 钛合金在刀兵设备上的利用.刀兵设备工程学报，2020，41(12)：14

[4] 
；，王向东，周廉. 钛合金及其在舰船设备上的利用近况与趋向.中国资料进展，2014，33(Z1)：603

[5] 朱知寿，商国强，王新南，等. 低成本高机能钛合金钻研进展.钛工业进展，2012，29(6)：1

[6] 李永林，袁红君，朱宝辉，等.Gr.38钛合金的退火工艺.金属热处置，2014，39(11)：117

[7] 王幸运，雷文光，岳旭，等. 低成本XRF001钛合金抗弹机能钻研.钛工业进展，2022，39(3)：7

[8] 马英杰，刘建荣，雷家峰，等. 多沉热处置对TC4合金的组织和力学机能的影响.资料钻研学报，2008(5)：555

[9] 吴汐玥，陈志勇，程超，等. 热处置对Ti65钛合金板材的显微组织、织构及拉伸机能的影响.资料钻研学报，2019，33(10)：785

[10] Cheng C, Feng Y, Chen Z Y, et al. Effect of annealing temperature on microstructure, texture and tensile properties of TA32 plate. Mater Sci Eng A, 2021, 826(4): 141971

[11] 薄东明，卢遥，孙静娜，等.轧造方式对ZK60镁合金组织与机能的影响.精密成形工程，2023，15(12)：1

作者简介

景亚婷（1994—），女，甘肃省武威市人，本科，助理工程师，重要从事钛合金质量治理工作。通讯地址：新疆维吾尔自治区哈密市伊州区花圃乡沉工业园区新疆湘润新资料科技有限公司
；E-mail：2047207106@qq.com。