引言
钛及其合金具有比强度高、耐热和耐蚀性好等特点，被广泛应用于航空航天、化工、海洋工程等领域。TA5钛合金是α相钛合金，名义成分为Ti-4Al-0.005B,强度中等，塑性较差，但焊接性能和抗蚀性能优良，被广泛应用于船舶制造领域。
随着我国造船工业的不断发展，TA5钛合金板材的用量不断增加，性能要求也不断提高。目前，对TA5钛合金的研究主要集中在棒材和锻件的加工与热处理工艺方面，对宽厚板热处理工艺的研究较少。本文对TA5钛合金板进行不同温度的退火处理，研究退火温度对TA5钛合金板室温冲击性能和冲击断口形貌的影响。
1、试验材料及方法
1.1试验材料
试验用材料为3次真空自耗电弧炉熔炼 Φ720 mmTA5钛合金铸锭,其化学成分(质量分数)如下:Al为4.4%~4.5%,B为0.004%~0.005%,Fe为0.23%~0.24%,O为0.11%~0.13%,C为0.006%~0.007%,H<0.001%。铸锭在Tβ以上温度经多火次开坯、镦拔和锻造成厚350mm板坯,再在Tβ以下温度一次轧制成65mmx2300mmxL板材,显微组织为拉长与扭曲状α相和少量细小等轴状α相,如图1所示。
1.2退火工艺
采用6种温度对TA5钛合金板进行退火处理，结果见表1。
表1退火工艺
| 工艺编号 | 工艺参数 |
| 1 | 700℃保温120min空冷 |
| 2 | 750℃保温120 min空冷 |
| 3 | 800℃保温120 min空冷 |
| 4 | 850℃保温120min空冷 |
| 5 | 900℃保温120min空冷 |
| 6 | 950℃保温120 min空冷 |
1.3性能检测
退火后按GJB944A2018《舰船用钛及钛合金板材规范》要求制备冲击试样，在摆锤式冲击试验机上进行冲击试验;采用JSM-IT700HR扫描电子显微镜检验冲击断口形貌。
2、结果与分析
2.1退火温度对冲击性能的影响
不同退火温度TA5钛合金板冲击性能见表2，冲击吸收能量随退火温度的变化如图2所示。由表2和图2可知,板材的室温冲击性能随退火温度的升高而提高，在800℃以上温度退火的板材冲击性能提高较明显,950℃退火的板材冲击性能最好。这是因为随着再结晶程度的增大, α相晶粒尺寸对板材冲击性能的影响更显著。
表2 不同温度退火的TA5钛合金板的冲击性能
| 工艺编号 | 退火工艺 | 开口方向 | 冲击吸收能量/J | 冲击韧度/(J·cm−2) |
| 1 | 700℃保温120 min空冷 | ST | 30.0,34.5,34.5 | 41.5,43.0,43.5 |
| 2 | 750℃保温120min空冷 | ST | 38.5,37.0,37.5 | 48.0,46.0,46.5 |
| 3 | 800℃保温120min空冷 | ST | 46.0,44.5,42.5 | 57.5,55.5,52.5 |
| 4 | 850℃保温120min空冷 | ST | 60.0,63.5,57.0 | 75.5,80.0,71.0 |
| 5 | 900℃保温120min空冷 | ST | 72.5,67.5,72.0 | 90.0,84.0,89.0 |
| 6 | 950℃保温120 min空冷 | ST | 85.5,86.0,88.0 | 108.0,108.5,110.5 |
2.2退火温度对冲击断口形貌的影响
不同温度退火的TA5钛合金板冲击试样断口的宏观和微观形貌如图3、图4所示。由图3可知，冲击断口可分为纤维区、放射区和剪切唇3部分，700和750℃退火的板材断口两侧有较大剪切唇，上部和下部存在较小的纤维区，中间放射区较大，说明冲击试验过程中材料在弹性变形后缺口部位发生微小的塑性变形，而后形成裂纹并扩展成较小的纤维区。裂纹扩展到一定深度时发生平面应变，且裂纹达到临界尺寸后快速扩展形成放射区。800和850℃退火的板材冲击断口两侧剪切唇减小，而下部二次纤维区逐渐增大。这是由于在该温度退火使材料完全再结晶，塑性和韧性提高，当裂纹扩展至切口以外接近试样表面时，因位错易滑移形成二次纤维区。900和950℃退火的板材断口两侧剪切唇进一步减小，中部放射区面积减小，下部二次纤维区显著增大。
由图4可知,700~850℃退火的TA5钛合金板断口为准解理+韧窝的混合断口,在准解理面的断裂区存在大量撕裂棱和变形韧窝;随着退火温度的提高，韧窝在塑性变形阶段扩大且深度增加，断口起伏增大，撕裂棱更明显。900~950℃退火的板材冲击断口有大量韧窝,且韧窝较深,韧窝周围存在非常明显的较薄的撕裂棱,展现出典型的韧窝聚合型延性断裂特征,韧窝尺寸越大,在形成韧窝的过程中发生的塑性变形越大，断裂吸收的能量越多，韧性越好,因此其冲击性能越好。
3、结论
(1)厚65mmTA5钛合金板冲击性能随着退火温度的升高明显提高，在800℃以上温度退火的板材冲击性能提高更明显,950℃退火的板材冲击性能最佳。
(2)700~850℃退火的TA5钛合金板冲击断口为准解理+韧窝的混合断口,准解理面的断裂区存在大量撕裂棱和变形韧窝;900~950℃退火的板材，其韧窝在塑性变形阶段被充分扩大和加深,展现出典型的韧窝聚合型延性断裂特征。
参考文献
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（注，原文标题：退火温度对TA5钛合金板冲击性能和冲击断口形貌的影响_胡蕾）
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