Gr.38钛合金的退火工艺

李晨至

钛合金作为轻量化结构材料，具有优异的综合性能，密度小、比强度高、疲劳强度和抗裂纹扩展能力好，抗蚀性能优异，焊接性能良好等，因此在航空、航天、汽车、造船、能源等行业具有日益广阔的应用前景。Gr.38钛合金是美国ATI技术公司开发的一种新钛合金，可代替最通用的中高强钛合金，其名义成分为Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O，是一种α+β型高强钛合金。与TC4合金相比，Gr.38合金利用铁代替较高成本的钒作为β稳定元素，其强度与TC4合金相当，伸长率相当或略高，但与之不同的是其既能热加工又能冷加工，可制成薄板、卷材、条材、精密热扎带材、厚板、无缝管材以及铸件和工程化产品。鉴于Gr.38钛合金具有极佳的超塑成形性和开孔疲劳性能，而且还可进行摩擦搅动焊接，其用途十分广泛，颇适合用来取代钢、铝、复合材料、纯钛材及其他钛合金，特别是在航空航天以及军事防御系统方面有极其广阔的应用前景。目前对该合金的研究报道非常少，因此，科研人员研究了Gr.38钛合金小棒材的不同退火制度对显微组织、力学性能和拉伸断口形貌的影响。

制备Gr.38钛合金所用主要原料为海绵钛和添加合金元素，添加的合金元素有铝钒合金、铝豆、铁钉、二氧化钛。经混料、电极制备等过程，最后利用真空自耗电弧炉两次真空熔炼，制备Φ440mm的铸锭。利用升温金相法测得Gr.38钛合金的相变点为970±5℃，Φ440mm铸锭经过8火次的锻造，最终热轧至Φ20mm的棒材，状态为轧态。退火制度为分别在830、930、950、1000℃保温1h后炉冷、水冷和空冷。
在成品棒材上切取75mm长的试棒作为力学性能试样，切取20mm长的试棒作为金相试样，经退火处理后完成试验内容。试验内容主要是测试不同退火制度下的显微组织、室温拉伸性能和拉伸断口形貌。试验结果表明：
（1）在930～950℃保温1h后空冷（或水冷）退火后，Gr.38合金能获得较高的强度和较好的塑性，综合力学性能良好。
（2）Gr.38合金采用830℃保温1h空冷退火后，屈服强度低，有利于材料的后续加工。
（3）Gr.38合金材料的室温拉伸断口形貌都呈蜂窝状韧性断裂特征，1000℃保温1h退火后，其断口上的韧窝相对小而浅，它的塑性相对较差。

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）在930～950℃保温1h后空冷（或水冷）退火后，Gr.38合金能获得较高的强度和较好的塑性，综合力学性能良好。 （2）Gr.38合金采用830℃保温1h空冷退火后，屈服强度低，有利于材料的后续加工。 （3）Gr.38合金材料的室温拉伸断口形貌都呈蜂窝状韧性断裂特征，1000℃保温1h退火后，其断口上的韧窝相对小而浅，它的塑性相对较差。