退火温度对钛合金板材组织及硬度的影响

Gr.11钛合金板材具有焊接性能好、硬度高、耐温性能好、成形效果好等优势，在我国航天航空领域的应用越来越广泛，促进了我国高科技技术的快速发展。本文所选钛合金属于一种中等强度的钛合金，属于α＋β型钛合金，因其性能良好而广泛的应用于飞机安定面、机翼等构件 。虽然说该钛合金具有广泛的应用领域，并取得了较为显著的成效，但是在热处理方面还存在一些问题，使得钛合金板材的组织和硬度变化较大。

基于此，本文以该钛合金为研究对象，分析退火温度对钛合金板材显微组织以及硬度的影响。

1、试验原材料及过程

本文试验所选的材料为二次真空自耗电弧炉熔炼的Gr.11钛合金材料，经过热轧处理后制备成1mm厚的钛合金板材，将其进一步制作成20mm×10mm×1mm的板材若干个。通过金相法获得该类型钛合金的相变点为955℃。将样材分成4组进行退火试验，退火温度分别设置为750℃、720℃、690℃和660℃，保温1h后空冷处理，分别该钛合金的显微组织和硬度进行对比研究。

2、试验结果及分析

2.1 显微组织特征

分别对钛合金板材进行750℃、720℃、690℃和660℃的退火试验，保温1h空冷后观察不同对照组板材显微组织变化规律。试验结果显示 ：在660℃和690℃退火试验组中，钛合金板材的显微组织变化差异较大，虽然镜下均为α＋β相的双相组织，但是α相和β相的含量差异较大，导致这一现象的原因在于退火温度逐渐升高，对钛合金板材中的细小组织影响较大，即次生的α相逐渐消融，而晶粒较为粗大的α相则继续存在并逐渐缓慢生长，导致退火温度从660℃至690℃时显微组织变化较大。当退火温度升至720℃时，此时的显微组织存在明显的变化，与早期变化相差较大，即次生α相不再是消融而是逐渐生长，多生长成链状或者短棒状结构，并且β相也逐渐生长，逐渐将晶界上的α相吞并，使得晶粒呈不规则状 。当退火温度逐渐升高至750℃时，退火试验钛合金板材中的显微组织由β相向α相转化，β相含量明显降低，而α相含量逐渐升高并且持续生长，逐渐开始出现片状组织结构。综上所述，随着退火温度的逐渐升高，钛合金板材中的α相和β相含量和形态发生了较明显的改变，当退火温度较低时，次生α相消融，随着退火温度的逐渐升高，α相逐渐生长，而β相含量逐渐降低。

2.2 板材硬度变化特征

分别对钛合金板材进行750℃、720℃、690℃和660℃的退火试验，保温1h空冷后观察不同对照组板材的硬度变化特征。本次试验采用HVS-10型数显小负荷维氏硬度测定实验组板材的硬度。在数据统计过程中，为了提高数据的真实可靠性，每个样材中选取3个点进行硬度统计，最后求得3个数据的平均值代表该样材的最终硬度。

在 660 ℃ ×1h 条 件 下 板 材 的 最 终 硬 度 为 266，在690℃ ×1h条件下板材的最终硬度为258，在720℃ ×1h条件下板材的最终硬度为245，在750℃ ×1h条件下板材 的最终硬度为253。

通过硬度统计发现，退火温度对钛合金板材的硬度具有一定的影响，这可能与退火温度较差不大有一定关系。虽然说退火温度对钛合金板材硬度的影响不太明显，但总体上硬度差异与钛合金板材的显微组织变化相吻合，即二者之间存在一定的变化规律。

当退火温度在660℃左右时，钛合金板材中存在较多的次生α相，钛合金板材的硬度较高 ；当退火温度逐渐升高至690℃时，钛合金板材中的次生α相逐渐消融，α相持续存在并生长，此时钛合金板材的硬度相对较低 ；当退火温度升高至720℃时，次生α相持续生长，β相也随之生长，此时钛合金板材的硬度最低 ；当退火温度升高至750℃时，β相向α相转化，此时钛合金板材的硬度略有增加。综上所述，钛合金板材的硬度与显微组织中次生α相、α相和β相的相对含量关系较大。

2.3 力学性能的变化特征

通过不同实验组的退火试验显示，在660℃和720℃之间进行退火试验时，钛合金板材的抗拉强度总体变化不大，仅在690℃时略有降低。

总体上钛合金板材的抗拉强度与热轧处理过程中板材的抗拉强度基本一致，而钛合金板材的生长率和屈服强度随着退火试验温度的逐渐升高而呈升高变化趋势。当退火温度由720℃逐渐升高至750℃时，钛合金的抗拉强度和屈服强度也随之相对升高，但是钛合金板材的生长率逐渐降低。当退火温度超过750℃时，钛合金板材在拉伸试验过程中出现 了脆断现象。综上所述，退火温度的变化对钛合金b板材的力学性能影响较大。

3 、结语

综上所述，当退火温度由660℃向750℃变化时，钛合金板材的显微组织和硬度不断变化，在660℃时次生的α相逐渐消融，较为粗大的α相继续存在并缓慢生长 ；随着温度的逐渐升高，比较粗大的α相继续缓慢生长并形成链状或者短棒状结构，同时β相也逐渐升高，并逐渐吞并晶界上的α相而呈不规则状，最后形成片状的α相。退火温度对钛合金板材硬度的影响较小，随着退火温度的逐渐升高呈先降后升的变化规律，且在660℃时钛合金板材的硬度最高，在720℃时钛合金板材的硬度最低。本文通过退火试验对钛合金板材的显微组织和硬度进行了研究，其研究成果有助于进一步分析该类钛合金板材的锻造工艺和力学性能，为更好地推广使用该材料提供帮助。

参考文献：

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