TA31合金拥有高强、高韧、可焊及耐蚀等综合机能，是我国自行研造的875 MPa级结构钛合金。与TC4合金相比，综合机能更优，重要利用于船用的受力结构件、螺栓、轴以及耐压壳体等[1-2]。TA31合金是一种近α型钛合金，名义成分为Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo,通过α不变元素A1的固溶强化，并参与少量的中性元素Zr和Nb强化合金。

目前，有关TA31合金的热加工行为重要体此刻铸造组织及机能钻研，其在铸造领域利用的有关钻研报路较少。近期钻研批注，选取TA31钛合金浇注的结构铸件，经工程实际，其强度、韧性及使用机能均满足要求。

本课题重要探求了 TA31合金的铸造工艺、金相组织、热等静压及热处置对力学机能的影响，以期对该资料的推广利用提供参考。

1、试验资料及步骤

铸件和附铸试样均选取石墨铸型沉力铸造工艺出产。合金锭为经过2次熔炼的成分合格的TA31铸锭，选取150 kg真空自耗型壳炉熔炼。合金锭用机加工或打磨去除表表氧化皮，之后选取手工铸极氮弧焊将钛锭和电极卡头焊接在一路作为自耗电极，装置在电极杆上。用专用卡具将经过除气和预热的石墨铸型固定在离心转盘上，并将真空自耗型壳炉抽至真空度≤4 Pa时进行熔炼浇注。附铸试样尺寸为φ16 mm × 140mm,热处置后加工成尺度拉伸试样。在CMT5105微机节造全能力学试验机上进行拉伸试验，选取Leica体视显微镜进行显微组织观察。

铸件浇注成形后，为解除内部缺点进行热等静压处置。热等静压温度为920 ±10 C,就气压力为100?140 MPa,保温功夫为2-2.5 h,随炉冷却至300 °C以下出炉。退火工艺为真空下700+10 °C保温2 h,随炉冷却至300 C以下出炉。

2、试验了局及分析

2.1 TA31合金的化学成分

TA31钛合金的强化机造和其他钛合金一样，通过α不变元素A1等对六方α相进行固溶强化。在合金中参与中性元素Zr、Nb及β不变元素M。,能够改善其工艺性.因而该合金既拥有α型钛合金优良的热强性和可焊性，又拥有优良的塑性。

取浇注的TA31合金试样进行化学成分检测，了局见表1，其中1~3号试样为本次试验同炉试样，批量统计为近两年来铸件化学成分统计了局。

2.2 TA31铸造钛合金在分歧状态下的组织

TA31合金在分歧状态下的组织见图1Ｄ芄豢闯.TA31合金的金相组织在铸造状态下以针状、条状α相(白亮色区域)为主，存在少量β相(α相之间的暗色区域)，属于典型的魏氏组织和网篮组织；退火态组织以针状、条状α相为主.存在少量β相，退火态组织与铸态组织相近但相对铸态组织越发均匀。经热等静压(HIP)处置后，合金在α+β两相区长功夫保温且高压作用下，晶内的针状或较细的α相组织产生粗化和部门碎断，导致原铸态组织中针状α相隐没，形成板条状及少量的块状α相，晶界α相弱化并保留。

2.3 TA31铸造合金在分歧状态下的力学机能

热等静压处置温度及退火温度均低于β相的转变温度，其热处置过程获得的组织重要源于合金在熔炼浇注冷却凝固时铸造组织的遗传。钛合金从高温缓慢冷却时,α相自β相中呈针状析出，并与β相维持严格的晶体学位向关系，反复的转变并不能粉碎这一位向关系及其长针状态，故钛合金的魏氏组织拥有倔强的遗传性[4]，通过通例的热处置很难扭转其组织结构。通常以为不能通过热处置对其强化，因而其供货状态通常为热静压态或者退火态[5]。

TA31铸造钛合金同炉试样在退火态和HIP状态的力学机能见表2。表2中退火态及HIP态为同炉试样，分歧热处置状态；HIP态(批量)为近百炉次交付铸件附铸试样统计了局；铸造及铸造+退火数据为目前行业内有关钻研了局[1,3],能够看出，同炉试样HIP态相对退火态强度稍低但塑性提高，其重要原由于TA31铸造钛合金经热等静压后，使其微观组织产生粗化、针状α相隐没，组织越发均匀不变。

从表2还可发现,TA31铸造合金的强杜纂锻件机能相近，因而TA31合金拥有优良的铸造综合力学机能，在某些领域能够代替铸造产品。

3、TA31钛合金在铸造领域的利用

近年来，TA31钛合金已经利用于铸件的试造和出产，尤其在船舶和特种车辆等领域。该类铸件产品交付状态通常为热等静压态。凭据该合金批量铸件产品附铸试样的化学成分及力学机能检测统计.其化学成分均满足尺度要求，其力学机能均满足使用要求。所统计铸件经检验，其表表质量、内部质量均切合有关技术前提的要求。铸件经过数次加工及有关试车试验，其强度、韧性及其使用机能均满足使用要求。

由于TA31资料拥有高强、高韧、可焊及耐蚀等综合机能.其冲击韧度显著优于ZTC4合金[4]，是一种梦想的舰船钛合金资料。而该合金铸件综合机能优良，相对于铸造工艺，铸造钛合金属于近净成形，使产品结构更具多元化、成本更低且提高了出产效能.故拥有更辽阔的利用远景。

4、结论

(1)TA31钛合金铸造工艺性优良，出产的铸件化学成分满足GB/T3620.1-2016要求。

(2) 分歧状态的TA31铸造钛合金资料均拥有优良的综合力学机能，批量出产的TA31铸件经热等静压处置后，其抗拉强度≥877 MPa,屈服强度≥754MPa,伸长率≥10.5%,断面收缩率≥14%。

(3) 选取TA31资料出产的结构铸件经检验及试车质量合格，满足技术前提和使用要求。

参考文件

[1]蒋鹏.孟宪亮，刘茵琪.等.Ti80合金铸造工艺对显微组织和机能的影响[J].罕见金属资料与工程,2005.34(3)： 286-288.

[2]陈军.赵永庆，；.中国船用钛合金的钻研和发展[J].资料导报，2005(6)； 67-70.

[3]马凡蛟.杜予晅，陈海生，等.退火工艺对Ti80合金组织与机能的影响[J].金属热处置，2012,37(4)： 88-91.

[4]张帆，张宝昌，何明，等.循环热处置对T1-6A1-4V合金铸件粗壮魏氏体细化作用的钻研[J].金属学报.1987,23(5)： 362-368.

[5]陈红，刘宏宇，苏贵桥，等.ZTA15铸造钛合金资料的机能与利用[J].铸造，2007,56(6)： 645-647.

[6]孟祥军.陈春和，余巍.等.几种海洋工程用钛合金及其利用[J].中国造船,2004,45： 38-40.