Ti80 钛合金是我国自行研造的 875 MPa 级耐蚀可焊 α-β 型结构钛合金
，其名义成分为 Ti-6Al-3Nb- 2Zr-1Mo
，在国标中对应的商标为 TA31。其由 于优异的冲击韧性、断裂韧性和耐蚀机能
，以及优良的焊接机能
，现已批量化利用于潜艇和水中刀兵的受力构件、螺栓、轴以及耐压壳体等
，在船舶、 石油、化工、机械等领域拥有辽阔的利用远景。

本文初次发展了海洋工程用超大规格 Ti80 钛合金锻坯的工程化造备钻研
，对所研造的超大规 格锻坯在分歧地位、分歧方向的组织和机能进行 分析和评价
，以推动 Ti80 钛合金资料在海洋工程 领域的利用。

1、尝试资料

尝试资料为西部超导资料科技股份有限公司经 3 次真空自耗电弧熔炼的 Ti80 钛合金铸锭。铸锭规格为 Φ1020 mm
，单沉超过 11000 kg
，铸锭实物图如图 1 所示
，选取金相法测得其相变点为 995 ～1000 ℃。铸锭经 80 MN 快锻机在相变点以上开坯铸造
，充分破碎铸态组织后
，在相变点以下屡次镦拔变形
，进一步细化晶粒
，最后
，将坯料在 α-β 两相区铸造成 340 mm × 1800 mm × 2700 mm 的锻 坯
，锻坯单沉超过 7500 kg
，锻坯实物图如图 2 所示。

图 1 Ti80 钛合金铸锭实物图

图 2 Ti80 钛合金锻坯实物图

2、尝试仪器及步骤 

在锻坯头部和尾部门别取 340 mm × 1750 mm ×25 mm 的试样片进行热处置
，热处置造度为 965 ℃ / 2 h
，冷却方式为空冷。热处置后进行低倍组织观察
， 同时
，在低倍试样的分歧部位取 15 mm × 15 mm × 25 mm的金相试样
，金相试样取样地位如图 3 所示。选取配比为 HF∶ HNO3 ∶ H20 = 1 ∶ 3 ∶ 5 的侵蚀液侵蚀后
，使用 OLYMPUS 立式金相显微镜对显微组织进行观察分析。在表层和 1 /2 厚度处罚别依照 LT ( 横 向) 和 ST ( 纵向) 方向取样
，依照 GB /T 228. 1— 2010进行室温拉伸机能检测
，依照 GB /T 229— 2007进行室温冲击机能检测
，其中
，冲击试样规 格为55 mm × 10 mm × 10 mm
，加工成 45° × 2 mm 的 V 型缺口试样。利用 ZWICK/150 全能拉伸尝试机进 行室温拉伸机能测试
，利用 ZWICK/BＲA 摆锤冲击 尝试机进行冲击机能检测。

图 3 金相试样取样示意图

3、了局与会商 

3. 1 铸锭成吩旖均性

在铸锭的头部、中部、尾部 3 个部位取样进行化学成分分析
，成分检测了局如表 1 所示。由表 1 能够看出
，Ti80 钛合金铸锭的主元素 Al、Nb、Zr 和 Mo 的极差别离为 900、400、300 和 400 ppm
，杂 质元素 O 的极差能够节造在 80 ppm
，批注铸锭整体成吩旖均性优良。

表 1 Ti80 钛合金的化学成分 ( %
，质量分数)

3. 2 锻坯机能不变性 

Ti80 钛合金锻坯的拉伸机能和冲击机能检测了局如图 4 和图 5 所示
，分歧地位、分歧方向的抗拉强度 Ｒm 和屈服强度 Ｒp0. 2误差别离为 6 MPa
，伸长率 A 的误差为 2% 
，断面收缩率 Z 的误差为 4% 
，冲击功 Kv2的误差为 5 J
，批注 Ti80 钛合金锻坯分歧地位、 分歧方向的力学机能差距很幼
，拥有优良的机能不变性。

图 4 Ti80 钛合金锻坯的拉伸机能

图 5 Ti80 钛合金锻坯的冲击机能

3. 3 锻坯组织均匀性

Ti80 钛合金锻坯头部和尾部的低倍组织如图 6所示
，由图 6 能够看出
，锻坯头部和尾部的低倍组织均匀一致
，均为均匀的吞吐晶组织。

图7 为 Ti80 钛合金锻坯分歧地位的横向显微组织照片。由图 7 能够看出
，锻坯热处置后分歧地位 的显微组织根基一致
，均为球状初生 α + 片档次生 α 组成的双态组织
，在转变 β 基体上散布着初生的 等轴和拉长 α 相
，分歧地位组织均匀性优良。均匀 散布的片层 α 相能够有效保障合金拥有优良的冲击韧性。 

4、结论

1) 西部超导公司率先在国内实现了 Φ1020 mm、 单沉超过 11000 kg 超大规格的 Ti80 钛合金铸锭熔炼 及单沉 7500 kg 超大规格的 Ti80 钛合金锻坯铸造的能力。

2) Ti80 钛合金铸锭分歧部位的成吩旖均性优良
，各主元素极差均节造在 1000 ppm 以内。

3) Ti80 钛合金锻坯分歧地位及方向的力学机能差距极幼
，力学机能不变性优良。锻坯分歧地位的低倍组织和显微组织均匀一致
，批注锻坯拥有优良的组织均匀性。

图 6 Ti80 钛合金锻坯的低倍组织 ( a) 头部 ( b) 尾部

图7 分歧地位的 Ti80 钛合金锻坯的显微组织 ( a) 表层 1 ( b) 表层 2 ( c) 表层 3 ( d) 1 /2 厚度 1 ( e) 1 /2 厚度 2 ( f) 1 /2 厚度

参考文件: 

［1］ 赵永庆． 我国创新研造的重要船用钛合金及其利用 ［J］． 中 国资料进展
，2014
，33 ( 7) : 398 － 404． Zhao Y Q． The new main titanium alloys used for shipbuilding de- veloped in China and their applications ［J］． Materials China
， 2014
，33 ( 7) : 398 － 404．

［2］ 陈军
，赵永庆
，；
，等． 中国船用钛合金的钻研和发展 ［J］． 资料导报
，2005
，19 ( 6) : 67 － 70． Chen J
，Zhao Y Q
，Chang H
，et al． Ｒesearch and development of titanium alloy for shipbuilding in China ［J］． Materials Ｒeports
， 2005
，19 ( 6) : 67 － 70． 

［3］ 曹福辛． 载人潜水器资料技术发展示状 ［J］． 中国资料进展
， 2011
，30 ( 6) : 33 － 36． Cao F X． Development of materials for manned deep-ocean sub- mersible ［J］． Materials China
，2011
，30 ( 6) : 33 － 36．

［4］ 文志刚
，王韦琪
，王幼翔
，等． 热处置温度 对 Ti-6Al-3Nb- 2Zr-1Mo 合金板材显微组织和机能的影响 ［J］． 中国有色金 属学报
，2010
，20 ( 1) : 647 － 649． Wen Z G
，Wang W Q
，Wang X X
，et al． Effect of heat treatment temperature on microstructure and properties of Ti-6Al-3Nb-2Zr- 1Mo plate ［J］． The Chinese Journal of Nonferrous Metals
，2010
， 20 ( 1) : 647 － 649．

［5］ 罗锦华
，朱艳丽
，孙幼平
，等． 热加工及热处置工艺对 Ti80 合金棒材组织和机能的影响 ［J］． 钛 工 业 进 展
，2016
，33 ( 2) : 20 － 24．Luo J H
，Zhu Y L
，Sun X P
，et al． Effect of hot working and heat treatment process on microstructure and properties of Ti80 alloy bar ［J］． Titanium Industry Progress
，2016
，33 ( 2) : 20 － 24．

［6］ 沙爱学
，李兴无
，储俊鹏
，等． 热处置工艺对 TA15 钛合金 冲击机能的影响 ［J］． 罕见金属
，2006
，30 ( 1) : 26 － 29． Sha A X
，Li X W
，Chu J P
，et al． Effect of heat treatment process on impact properties of TA15 titanium ［J］． Chinese Journal of Ｒare Metals
，2006
，30 ( 1) : 26 － 29．

［7］ 张奕
，庾顶峰
，杜予咺
，等． 铸造工艺对 Ti-6321 合金棒材 显微组织与力学机能的影响 ［J］． 钛 工 业 进 展
，2010
，27 ( 6) : 34 － 35． Zhang Y
，Yu G F
，Du Y X
，et al． Effect of forge process on mi- crostructure and properties of Ti-6321 alloy bar ［J］． Titanium In- dustry Progress
，2010
，27 ( 6) : 34 － 35． 

［8］ GB/T 228. 1—2010
，金属资料 拉伸试验 第 1 部门: 室温 试验步骤 ［S］． GB/T 228. 1—2010
，Metallic materials—Tensile testing—Part 1: Method of test at room temperature ［S］． 

［9］ GB/T 229—2007
，金属资料 夏比摆锤冲击试验步骤 ［S］． GB/T 229—2007
，Metallic materials—Charpy pendulum impact test method ［S］． 

［10］ 马凡蛟
，杜予咺
，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) : 119 － 122． Ma F J
，Du Y X
，Chen H S
，et al． Effect of annealing treatment process on microstructure and properties of Ti80 alloy ［J］． Heat Treatment of Metals
，2012
，37 ( 4) : 119 － 122． ［

11］ 孙志杰
，李士凯
，王洋
，等． 退火温度对 Ti80 合金组织及力 学机能的影 响 ［J］． 热 加 工 工 艺
，2019
，48 ( 10 ) : 189 － 192． Sun Z J
，Li S K
，Wang Y
，et al． Effect of annealing treatment temperature on microstructure and properties of Ti80 alloy ［J］． Hot Working Technology
，2019
，48 ( 10) : 189 － 192． 

［12］ 郝晓博
，李渤渤
，刘茵琪
，等． Ti80 合金中厚板沿厚度方向 组织与机能的不均匀散布 ［J］． 金属热处置
，2019
，44 ( 2) : 50 － 53． Hao X B
，Li B B
，Liu Y Q
，et al． Inhomogeneity distribution of microstructure and properties in thickness direction of Ti80 alloy medium plate ［J］． Heat Treatment of Metals
，2019
，44 ( 2) : 50 － 53． 

［13］ 杨治军
，郭爱红
，吴义舟
，等． Ti6321 钛合金退火处置过程 中组织演变及其对冲击韧性的影响 ［J］． 中国有色金属学 报
，2013
，23 ( 7) : 512 － 516． Yang Z J
，Guo A H
，Wu Y Z
，et al． Microstructure evolution of Ti6321 titanium alloy during annealing treatment and its effect on impact toughness ［J］． The Chinese Journal of Nonferrous Metals
， 2013
，23 ( 7) : 512 － 516