退火温度对TA5钛合金厚板显微组织和拉伸性能的影响

引言

钛及其合金具有比强度高、耐热、耐蚀性好等特点，广泛应用于航空航天、化工、海洋工程等领域。TA5钛合金是全α相钛合金，名义成分为Ti-4Al-0.005B，强度中等、塑性较差，但焊接性能和耐蚀性能优良，广泛应用于船舶制造。随着我国船舶工业的发展，TA5钛合金厚板的用量增加、性能要求更高。目前对TA5钛合金的研究主要是棒材和锻件的变形工艺和热处理工艺，对宽幅厚板的热处理工艺研究较少。本文对TA5钛合金厚板进行不同温度的退火处理，研究退火温度对其显微组织和室温拉伸性能的影响，为批量生产提供依据。

1、试验材料和方法

试验材料：试验用TA5钛合金经3次真空自耗电弧炉熔炼，铸锭直径为720mm，化学成分（质量分数）为4.4%~4.5%Al、0.004%~0.005%B、0.23%~0.24%Fe、0.11%~0.13%O、0.006%~0.007%C和<0.001%H。铸锭在Tβ以上温度多火次开坯、缴拔、锻造成350mm厚板坯，再在Tβ以下温度一火次轧制成65mm×2300mm×L板材，板的热轧态显微组织主要为拉长、扭曲的α相及在热塑性变形过程中因动态再结晶而产生的少量细小等轴状α相。

退火工艺：采用6种不同的退火工艺，具体如下表1所示：

性能检测：从65mm厚板上取样，按上述工艺进行退火，随后按GJB944—2018《舰船用钛及钛合金板材规范》要求制备标准试样，分别采用ZEISSAxioskop2MAT型金相显微镜和INSTRON电子式万能拉伸试验机进行金相检验和拉伸试验。

2、结果与分析

退火温度对显微组织的影响：不同温度退火后TA5钛合金板的α相从拉长、扭曲状变为等轴状。700℃退火的板，拉长的α相晶界有大量细小的再结晶晶粒；750℃退火的板，α相晶界的细小再结晶晶粒明显长大，且在拉长的α相晶粒内也出现重结晶晶粒；800℃退火的板，受压拉长的α相晶粒已完全再结晶，呈等轴状；随退火温度升高，α相晶粒仍呈等轴状，但尺寸明显长大。

退火温度对拉伸性能的影响：不同温度退火的TA5合金板的室温拉伸性能如下表2所示：

随着退火温度的升高，TA5合金板抗拉强度和屈服强度约下降60MPa，断后伸长率和断面收缩率先升高后下降。800~850℃退火的板强度和塑性最佳，这与形变的拉长α相晶粒再结晶程度有关。因TA5合金板经轧制后的再结晶温度约为800℃，当退火温度低于800℃时，主要发生回复过程，随退火温度升高，材料的回复软化越明显；在800~850℃退火的板主要发生再结晶，形成细小的等轴晶粒，塑性改善；950℃退火的板α相晶粒长大，应力集中更易在晶界发生，从而降低材料的强度和塑性。

3、结论

退火后，TA5钛合金板α相形貌从拉长、扭曲状向等轴状转变，在800℃左右完成再结晶，并随着退火温度的提高，再结晶晶粒明显长大。

随着退火温度的升高，TA5合金板的室温抗拉强度和屈服强度明显下降，而断后伸长率和断面收缩率先升高后下降，在800~850℃退火的板强塑性最佳。

参考文献

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