引言

Ti55531合金属于β合金
，是由BT22合金发展而来的一种拥有高强度和高断裂韧性的新型钛合金
，其名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr
。与当前宽泛利用于大型民用客机上的Ti-1023合金相比
，Ti55531合金不会产生显著的成吩飓析
，且室温抗拉强度提高了约15%
。该合金拥有优良的淬透性和较宽的加工工艺领域
，在出产过程中以空冷工艺包办水淬工艺
，能够改善残存应力对其后续机加工的影响
，从而降低其加工成本
。

目前
，Ti55531合金已成功代替Ti-6Al-4V和Ti-1023合金利用于飞机的起落架、机翼等20多种承力部件上,并使这些部件质量减幼8%
。

目前,国内已逐步对该合金发展有关钻研[1-2]但可查的公开报路并不多见
。因而,作者通过铸造造备了Ti55531合金棒材和锻件,而后对其进行分歧的固溶时效热处置
，钻研了热处置工艺对其显微组织和拉伸机能的影响
。

1、试样造备与试验步骤

选取真空自耗炉通过三次熔炼造备了 Ti55531钛合金铸锭,而后再经开坯、β单相区铸造、α+β两相区铸造后获得?250mm的棒材,棒材在两相区的变形量节造在60%以上
。而后别离对棒材按如下2个规划进行处置
。

其一:沿棒材横向切取试样
，选取表1所示的工艺参数进行热处置(固溶+时效热处置),以钻研热处置工艺对棒材组织和机能的影响
。表1中,T1,T2,T3别离为固溶温度,t1为固溶功夫,t2为时效功夫,T₁<T₂<T₃
。

表1 Ti55531合金棒材的热处置工艺及其热处置后的拉伸机能

其二:直接对棒材进行等温铸造(终锻在两相区,总变形量大于50%),锻件表形呈饼环状,表形尺寸为580mm;沿锻件横向切取试样,按表1试样b和d的工艺对锻件进行热处置
，以钻研热处置工艺对锻件组织和机能的影响
。

选取DSX100型光学显微镜观察试验合金的显微组织
，侵蚀剂为1%HF+3%HNO₃+96%水;参考GB/T228.1-2010《金属资料拉伸试验第1部门:室温试验》和GB/T4338-2006《金属高温拉伸试验步骤》
，在ZWICK-Z150型拉伸试验机上进行拉伸试验
，试样尺寸为?10mm×55mm
，应变速度为0.0025s^-1(屈服前)和0.008s^-1(屈服后),高温拉伸试验的温度为500℃
。

2、试验了局与会商

2.1对合金棒材组织和机能的影响

由表1能够看出
，对于时效工艺参数一样而固溶工艺参数分歧的试样a,c,f而言,随着固溶温度从T1升至T3,室温抗拉强度和屈服强度逐步增大,抗拉强杜咨1235 MPa增至1415 MPa
，屈服强杜咨1 225 MPa增至1370 MPa;而伸长率和断面收缩率则呈急剧降落的趋向
，别离由8.00%和30.0%降至2.25%和6.75%
。对于固溶工艺参数一样而时效工艺参数分歧的试样b,c,d,e而言
，随着时效温度从650℃降至575℃
，抗拉强度和屈服强度逐步增大
，抗拉强度从1221MPa增至1406MPa
，屈服强杜咨1150 MPa增至1339 MPa;伸长率和断面收缩率的降落亦很显著,别离从4.75%和18.5%降至0.5%和6.0%
。

可见,确定相宜的固溶温度和时效温度可使Ti55531合金实现最佳的强度和塑性匹配
。

由图1能够看出
，随着固溶温度升高
，初生a相从弥散的颗粒状转变为条状或短棒状,达到肯定温度后全数转变为β晶粒,且β晶粒内的片状a均呈细针状
。这注明此时的温度已经达到β相的转变温度
。升高固溶温度可使Ti55531合金的组织产生改细针状
。这注明此时的温度已经达到β相的转变温度变,满足合金高强度的要求,但当固溶温度高于Tβ(β相转变温度)后
，相隐没
，β晶粒形成并长大
，从而导致合金的强度增大
，塑性降落
。为预防β晶粒形成和急剧长大,Ti55531合金的固溶温度不宜超过Tβ,这样能够获得晶粒尺寸相宜并同时含有初生α相和次生α相混合的双态组织[3]
。此类组织的综合机能较好,是钛合金中宽泛选取的组织类型
。

由图2能够看出
，随着时效温度逐步降低
，在玄色基体上散布着的白色短棒状或条状α相逐步溶化
，球化析出弥散的颗粒
，其面积分数达到20%~30%
？杉
，时效温度的降低导致组织产生变动
，这将会导致其室温拉伸机能产生很大变动
。结合表1可见
，时效温度降低50℃
，室温抗拉强度和屈服强度增长了约200MPa
，伸长率和断面收缩率降落显著
，尤其是伸长率降落到了0.5%
。这注明时效温度对Ti55531合金室温拉伸机能的影响更大
。

2.2对锻件组织和机能的影响

从表2能够看出
，随着时效温度从650℃降至600℃
，Ti55531合金锻件在室和善500℃下的抗拉强度均增大
，伸长率和断面收缩率则均降低
，这与棒材的试验了局相符
。此表
，其时效温度为650℃时
，固然塑性指标比力好
，但是室温拉伸强度不能满足有关技术尺度的要求
，属于不合格产品
，在现实出产中该热处置造度不能选用;其时效温度为600℃时
，Ti55531合金达到了优良的强度和塑性匹配
，强度和塑性指标都能达到了尺度的要求
。

表2 Ti55531合金锻件经分歧热处置后的横向拉伸机能

由于锻件是最终的热加工产品
，其变形量比力充分
，热加工过程已使组织充分变形
，因而在光学显微镜下看不出时效温度调整前后的组织变动
，如图3和图4所示,均为两相区铸造的弥散、藐幼的α颗粒散布在玄色的转变β基体上
，分歧区域组织的均匀性根基一致
。

3、结论

(1)随着固溶温度升高
，Ti55531合金棒材中的初生α相由颗粒状变为条状或短棒状,直至全数变为β相;随着时效温度降低
，短棒状或条状α相逐步溶化并球化析出α颗粒
。

(2)随着固溶温度升高
，合金室温抗拉强度和屈服强度显著增大
，伸长率和断面收缩率则大幅降落;随着时效温度降低
，抗拉强度和屈服强度逐步增大
，伸长率和断面收缩率显著降低
。

(3)为使钛合金棒材的室温强度和塑性达到最佳匹配
，固溶温杜爪节造在相变点以下
，时效温度宜选择在600~620℃区间
。

(4)固溶温度在相变点以下,时效温度在600℃时
，Ti55531合金锻件的强度和塑性可满足有关尺度要求
。

参考文件:

[1]付艳艳
，宋月清
，惠松骁
，等.热处置对VST55531钛合金组织和拉伸机能的影响[J].罕见金属
，2008
，32(4):399-403.

[2] FU Yan-yan,SONG Yue-qing,HUI Song-xiao, et al. Effects of heat treatment processes on microstructure and tensile properties of VSTT55531 alloy[J]. Metal Heat Treatment,2008
，33(7):66-68.

[3]赵永庆
，陈永楠
，张学敏.钛合金相变及热处置[M].长沙:中南大学出版社,2012:130.

（注
，原文标题：热处置工艺对Ti55531合金组织和拉伸机能的影响）