热处理制度对Ti-3Al-2.5V钛合金带材组织及性能的影响

陈猛，刘娜，岳希星

(宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 721014)

1 引言

Ti-3Al-2.5V合金最初是作为焊接管和无缝管材料而研制的,后来这种合金在其他一些结构中也得到了应用，但目前管材应用仍然占统治地位。现在实际上所有的商业客机均有Ti-3Al-2.5V液压系统，该合金也越来越多的应用于化工设备。它制成的化工设备能承受较高的操作温度，效率提高，而且环境影响明显减少，尤其是在海水中良好的抗腐蚀能力，使其渐渐的应用于海水冷却系统和海底石油开采。为了能够生产性能稳定的宽幅Ti-3Al-2.5V合金带材，宝钛集团进行了一系列的开发试验工作，做了大量的试验，并总结分析了数据，本文就此合金带材进行了热处理试验后，旨在研究此带材在不同温度下的带材退火后的性能数据，组织形貌，以期分析总结得到其变化规律，为该带材的应用和推广提供技术支持和参考依据。

2 实验材料与方法

试验铸锭为2次真空自耗电弧炉熔炼的钛铸锭，化学成分符合表1的要求，万吨自由锻后，先热轧成5.0mm厚带材，然后进行冷轧，最终轧制成0.25mm厚带材，之后分别取样进行A:Y（硬态）及B:620℃/5minAC、C:660℃/3minAC、D:660℃/5minAC、E:700℃/3minAC、F:700℃/5minAC、G:740℃/3minAC、H:740℃/5minAC7个制度下的退火处理，对比分析退火后的性能数据差异，以探索出不同退火制度对性能及组织的影响规律。

3 结果分析与讨论

3.1 不同热处理制度对带材显微组织及性能的影响如图1，2所示：

图2中B～H方案热处理实验后随着温度的升高，强度逐渐降低，延伸率数值逐渐升高；图2表明制度B、C（方案B～C）的温度为力学性能变化临界温度区间，超过方案B、C的温度后，强度降低且变化平稳，温度因素对强度和延伸率影响甚微,很难满足客户产品对力学性能方面要求。

3.2 不同热处理制度对带材性能的影响如图3所示：

从冷硬态组织照片（见图1A）看出带材存在加工过程中的长条α，等轴α，整体呈纤维状；经B～H热处理后绝大多数组织(见图1B～H)发生了回复和再结晶，存在明显的等轴α，为典型的等轴组织，但是随着温度的逐渐升高和保温时间的延长，晶粒尺寸也相应的发生了变化。经B:620℃/5minAC、C:660℃/3minAC热处理后组织相对较为细小（见图3中B、C方案），从D:660℃/5minAC开始至H:740℃/5minAC热处理后的晶粒尺寸逐渐变大，晶粒度级别逐渐降低（见图3中D～H方案）；表明制度B、C（方案B～C）的温度为晶粒度变化临界温度区间，超过方案B、C的温度后，晶粒度级别降低且变化平稳，温度因素对晶粒度影响甚微，已经不能满足客户产品对晶粒度尽量细小的要求。

表1 Ti-3Al-2.5V钛合金铸锭化学成分的要求

图1 B～H不同热处理制度下的横向显微组织照片

4 结论

（1）带材在620℃～660℃之间热处理才能得到晶粒尺寸较为细小的退火态等轴组织及更高的强度，才能达到良好的组织与性能的匹配；

图2 B～H制度下带材横向拉伸性能的变化趋势

图3 B～H制度下横向显微组织变化趋势

（2）超过方案B、C的温度660℃之后晶粒尺寸逐渐变大，强度逐渐降低，塑性逐渐升高,但是变化幅度很小，不能满足客户需求。