Gr.23鈦合金具有較好的力學(xué)性能、耐熱性能、耐腐蝕性能、優(yōu)越的抗氧化性能和較好的焊接等能力而被廣泛的應(yīng)用于不同領(lǐng)域，尤其是航空航天科技以及其他尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，對我國科技發(fā)展及科技強(qiáng)國具有重要的促進(jìn)意義。鈦合金棒材的優(yōu)越性能離不開棒材的鍛造工藝和實(shí)效熱處理[1，2]，不同的生產(chǎn)工藝對鈦合金的顯微組織和性能響差異較大，雖然我國在鈦合金制作工藝以及應(yīng)用方面取得了較好的成果，但隨著社會發(fā)展及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對性能更好、穩(wěn)定的鈦合金棒材需求量更大。因此，為了尋求綜合性能良好的鈦合金棒材就必須研究實(shí)效熱處理對鈦合金棒材組織和性能的影響，進(jìn)而確定出最優(yōu)性能產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝。基于此，本文以鈦合金棒材為研究對象，分析實(shí)效處理對鈦合金棒材組織及性能額影響，為制定鍛造工藝提供支撐。

1、 試驗(yàn)原材料及過程

本文所選用的試驗(yàn)材料包括Gr.23 鈦合金鑄錠，對試驗(yàn)樣材經(jīng)過鍛造處理制成φ50mm 的鈦合金棒材若干個，試驗(yàn)過程中通過改變實(shí)效制度對該棒材進(jìn)行組織及性能影響研究。在試驗(yàn)開始之前，分別對制備好的同一類鈦合金棒材進(jìn)行1h 固溶處理，溫度分別為650℃、700℃、750℃，再優(yōu)選出固溶溫度最佳的棒材進(jìn)行時效處理，設(shè)置時效溫度為450℃和500℃，時效時間為24、20、16、12、8h，空冷后觀察鈦合金棒材的顯微組織以及性能變化規(guī)律，著重對Gr.23鈦合金的顯微組織和拉伸性能進(jìn)行了分析，為制定更加優(yōu)越的鍛造工藝提供一套可靠的數(shù)據(jù)支撐。

2、試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 固溶溫度對棒材顯微組織的影響

將制備好的Gr.23 鈦合金棒材分別在650℃、700℃、750℃溫度下處理1h 后空冷固溶處理，進(jìn)行固溶溫度試驗(yàn)。

結(jié)果表明：隨著固溶溫度的升高，β 鈦合金隨之升高，且初生α 相由顆粒狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎贪魻罨蛘邨l狀，直至全部轉(zhuǎn)變?yōu)棣?相。在650℃和700℃條件下，棒材固溶不完全，因此晶 粒未發(fā)現(xiàn)完全再結(jié)晶，即在β 相中混合了較多的α 相，隨著固溶溫度的持續(xù)升高，α 相含量逐漸降低；當(dāng)固溶溫度持續(xù)上升至750℃時，晶粒發(fā)生了完全再結(jié)晶，α 相基本完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣?相，β 晶粒呈近等軸狀，此時棒材的固溶效果最好。因此，在做進(jìn)一步時效處理時采用750℃固溶處理，目的在于充分的固溶可以促進(jìn)α 相的完全析出，對鈦合金棒材起明顯的強(qiáng)化作用。

2.2 時效制度對棒材顯微組織的影響

根據(jù)上文固溶溫度試驗(yàn)結(jié)果，本文選擇750℃ ×1h 作為本次試驗(yàn)的固溶制度，進(jìn)行時效試驗(yàn)。分別在450℃和500℃條件下保溫24、20、16、12、8h 后空冷進(jìn)行顯微組織觀察。試驗(yàn)結(jié)果表明：在500℃條件下保溫8h 和12h 的時效處理后，含有少量的α 相，隨著時效時間的持續(xù)增長，α相析出量略有增加，顯微組織中以大量的β 相；當(dāng)時效溫度較高時，理論析出溫度與實(shí)際時效溫度差值（過冷度）相對較小，導(dǎo)致形核驅(qū)動力小，使得α 相不容易形核；當(dāng)時效時間持續(xù)增長時，早期已經(jīng)形核的α 相逐漸長大，局部區(qū)域形成黑斑；總體而言，在500℃的溫度下進(jìn)行時效試驗(yàn)，棒材中的α 相未能完全析出，棒材的顯微硬度較低。在450℃條件下保溫8h 和12h 的時效處理后，顯微照片中呈現(xiàn)出大量彌散的α 相晶粒，隨著時效時間的持續(xù)增長，鈦合金棒材中析出的α 相逐漸長大并呈黑色斑塊狀；當(dāng)時效溫度逐漸降低時，由于時效溫度過冷度較大，導(dǎo)致晶體形核驅(qū)動力明顯增大，使得α 相更加容易形核[3，4] ；隨著時效時間增加，α 相不僅從晶界析出，而且在晶內(nèi)也大量析出；總體上，在450℃溫度條件下進(jìn)行時效試驗(yàn)時，鈦合金棒材中的α 相析出較為充分，并且在時效時間為20h 時，棒材的顯微硬度最大。

2.3 時效制度對棒材性能的影響

根據(jù)上文固溶溫度試驗(yàn)和顯微組織試驗(yàn)結(jié)果，選擇750℃ ×1h ＋ 450℃ ×20h 和750℃ ×1h ＋ 500℃ ×20h兩種條件下進(jìn)行鈦合金棒材的拉伸性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：500℃時效后行鈦合金棒材的強(qiáng)度降低了40% 左右；在450℃條件下進(jìn)行時效試驗(yàn)時，棒材中彌散有大量的α相晶粒析出，直至?xí)r效時間為20h 后析出的α 相明顯長大，對鈦合金棒材起到了明顯的強(qiáng)化作用，此時Gr.36 鈦合金棒材的強(qiáng)度明顯升高，棒材的塑性性能較低，總體上鈦合金棒材的性能滿足企業(yè)生產(chǎn)要求；在500℃條件下進(jìn)行時效試驗(yàn)時，鈦合金棒材中的α 相未能完全析出，棒材的顯微照片中以β 相為主導(dǎo)地位，此時鈦合金棒材的強(qiáng)化效果較差，但棒材的塑性相對較高。綜上所述，在750℃ ×1h ＋450℃ ×20h 條件下Gr.23 鈦合金棒材的顯微組織與性能具有較好的匹配性，因此在該條件下生產(chǎn)的鈦合金棒材具有更優(yōu)越的性能。

3、結(jié)束語

綜上所述，Gr.23 鈦合金的應(yīng)用對現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有積極的促進(jìn)作用，性能更加優(yōu)越的鈦合金棒材在高科技發(fā)展領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文分別在不同的時效條件下對鈦合金棒材進(jìn)行了固溶溫度和實(shí)效制度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果得出在750℃ ×1h 條件下進(jìn)行固溶處理后鈦合金棒材固溶效果最佳，在750℃ ×1h ＋ 450℃ ×20h 條件下進(jìn)行固溶實(shí)效處理后，Gr.23 鈦合金棒材的顯微組織與性能具有較好的匹配性，所生產(chǎn)的鈦合金棒材性能更加優(yōu)越。通過本文的研究表明，不同鈦合金在不同固溶溫度和實(shí)效制度下所呈現(xiàn)的顯微組織和性能差異較大，物理力學(xué)性能差異明顯。因此，針對不同用途要求的棒材需進(jìn)行針對性的試驗(yàn)，以便于確保生產(chǎn)的棒材綜合性能最優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魯媛媛, 馬保飛, 劉源仁. 時效處理對TC4 鈦合金微觀組織和力學(xué)性能的影響[J]. 金屬熱處理,2019,44(07):34-38.

[2] 程軍, 于振濤, 牛金龍, 等. 時效處理對近β 型鈦合金TLM 組織與性能的影響[J]. 稀有金屬與硬質(zhì)合金,2017,45(06):54-58+80.

[3] 母果路, 廖強(qiáng), 王興, 等. 固溶加時效處理對Gr.36 鈦合金棒材組織及性能的影響[J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展,2017,34(02):28-32.

[4] 潘巧玉, 余新平, 齊永杰, 等. 熱拉伸變形及固溶時效處理對TC4-DT鈦合金顯微組織的影響[J]. 機(jī)械工程材料,2019,43(11):21-26.

相關(guān)鏈接