TA15钛合金棒材常规热处理与冷却速率

TA15钛合金是20世纪60至70年代前苏联开发的一种钛合金，牌号为BT20,名义成分为Ti-6.5αl-1Mo-1V-2Zr。该合金主要的强化机制是通过α稳定元素αl的固溶强化，属于高αl当量的近α型钛合金。该合金既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性，是一种综合性能优良的钛合金，在航天航空等领域得到了广泛应用，是国内最成熟、应用最广泛的钛合金之一。TA15钛合金相转变温度一般在980°C〜1020°C,通常在普通退火状态下使用，一般认为不能通过热处理对其进行强化，但在退火态合金中β相含量为5〜7%,同TC4合金中(β相含量8〜10%比较接近，可见TA15合金存在热处理强化的可能性。通常的技术规范推荐TA15合金的退火制度为700°C〜850°C(空冷），生产中常用退火制度为800°C〜850°C(空冷）。本文研究生产中常用（α+β)区不同退火温度、不同冷却速率交互作用下对TA15钛合金室温力学性能的影响。

1、实验方法

实验材料：实验所用材料是湖南金天钛业科技有限公司生产的规格为0300mmTA15钛合金棒材，其化学成分如表1。用金相法测得相转变点（α+β/0)为995°C。

实验方法：①实验材料用线切割方法制取014mm和10x10mm试样若干，分别在800°C/2h和850°C/2h条件下进行热处理，冷却方式分别为室温20°C空气中冷却；②实验材料截取厚度为20mm钛棒材，分别在800°C/2h和850°C/2h条件下进行整体热处理，用线切割方法制取①14mm和10x10mm试样若干。然后机加成标准GB/T228中R7试样，在UTM5205电子万能材料试验机上进行室温力学性能的检测，并在金相显微镜下观察其横向低倍组织。

2、结果与分析

2.1室温力学性能与两个温度及冷却方式的关系

TA15钛合金在不同温度和不同冷却速率下的力学性能变化

总体来说：在（α+β)区相同的热处理制度下，TA15合金的抗拉强度和延伸率变化不大，屈服强度、断面收缩率和冲击韧性随冷却速率降低而提高明显；而在相同的冷却速率下，随着退火温度的升高，TA15合金的抗拉强度提高幅度较大，屈服强度、延伸率、断面收缩率和冲击韧性则变化不大。

曾有研究不同的退火热处理制度对TA15合金显微组织、室温拉伸性能、高温拉伸性能、室温冲击韧性及硬度的影响。

(1)在相变点以下温度退火，TA15合金的室温、高温断裂强度在860°C时出现峰值，而室温塑性、高温断面收缩率和室温冲击韧性则随着退火温度的升高而提高。（2)TA15合金室温冲击韧性和硬度具有一定的对应（反比）关系。（3)提高退火温度也可以提高钛棒材试样的冲击值，冲击性能的提高幅度与材料原始组织和性能有关。

2.2热处理和冷却方式对组织结构的影响

已有的研究表明，在TA15合金相变点下较低温度范围内进行退火得到等轴组织。对热加工态的TA15钛合金进行650〜950°C温度范围内退火，结果发现在较低的温度进行退火对合金组织影响不大，基本保留热加工时的组织形态，只是3转含量不同[3]。在800°C和840°C热处理制度和不同冷却速率下，组织结构没有太多改变，基本保留热加工时的组织形态。

(1)TA15钛合金虽然是近α钛合金，但可以进行热处理强化。

(2)在800°C〜850°C热处理时，同一温度下，抗拉强度和延伸率变化不大，屈服强度、断面收缩率和冲击韧性随冷却速率降低而提高明显；而在相同的冷却速率下，随着退火温度的升高，TA15合金棒的抗拉强度提高幅度较大，屈服强度、延伸率、断面收缩率和冲击韧性则变化不大。

(3)800°C〜850°C热处理温度下，不同的冷却速率对组织结构的影响不大。