退火制度对TC25钛合金棒材组织和力学性能的影响

1、前言

TC25钛合金的名义化学成分为 Ti-6.5Al-2Zr- 2Sn-2Mo-1W-0.2Si，是一种马氏体α+β型钛合金 。该合金在 500 ℃高温下工作 寿命 可达6000h ，550 ℃高温下工作寿命达 3000h ，是继 TC11钛合金之后用量最大的高温钛合金之一 ，是航 空发动机压气机的理想用材 [1]。

该合金 的Mo 当量为 2.4 ，是一种可热处理的两相钛合金[2]，因此可 以通过热处理的方式改善组织 ，达到提高力学性能的目的。本 实验研 究了不同退火制度对两相区加工的 TC25 钛合金显微组织和力学性能 的影响 ，为指导工业化批量生产提供技术支持 。

2、实验

实验所用材料为经过 3 次真空白耗熔炼制备的φ700mm TC25 铸锭 ，其化学成分符合 G B／T 3620.1规定 。铸锭的 α+β/β转变温度为 1020 ～1030 ℃。

将铸锭在β相区加热开坯锻造后 ，经 β相 区、α+β相区多火次锻造 、精锻 ，最终在 α+β相区轧制成为φ17mm的棒材 。棒材的原始组织如图 1 所示 。

分别选用 7 种不 同双重退火制度对热加工态棒材进行处理。双重退火制度 ：第一 阶段退火温度分别为 840 ，880 ，920 ，940 ，960 ，980 ，1 040℃ ，保温 1 h ，空冷 ；第二阶段退火温度均为 550℃，保温6 h ，空冷 。在退火处理后 的棒材上切取金相试样和拉伸试样 ，在 A xiovert 200M AT 型显微镜上进行显微组织观察 ，在 CM T5105 型拉伸试验机上进行室温和高温拉伸性能测试 。

3、结果与分析

3.1退火处理对 TC25 钛合金显微组织的影响

棒材经不 同退 火制度处理后 的显微组织如 图 2所示 。由图 2 可见 ，TC25 钛合金在 840 ～880 ℃进行退火时 ，由于温度 比较低 ，距转变温度 较远 ，退火处理后显微组织 的类型和初生α含量与加工态相比变化不明显 ，均为α+β两相 区加工组织 (见 图2a，b) ；在 920 ～980 ℃退火时 ，随着退火温度的升高 ，初生的等轴α逐渐球化 ，晶粒尺寸有所 长大 ，含量则随着退火温度的升高有所减少 ，且 由于该 温度处于α-β两相 区上部温区，使 转变组织逐渐增多 ，形成了双态组织 (见 图 2c ～f) ；在1040 ℃退火时，由于该温度高于(α+β/β )转变温度 ，α+β组织全部转变为β相 ，形成 了魏 氏组织(见图 2g)。

3.2退火处理对 TC25 钛合金力学性能的影响

3.2.1退 火处理 对 室温拉伸 性 能 的影响

TC25钛合金棒材经不同温度退火处理后 的室温拉伸性能如图 3 所示 。由图 3 可见 ，当退火 温度在840 —980℃之间变化时 ，TC25 钛合金的抗拉强度(R_m ) 、屈服强度(R_p0.2)变化不 明显 ，伸长率 (A )和断面收缩率 (Z )有 增高 的趋势 ；退火温度升 高到β转变温度以上时，抗拉强度略有降低 ，但屈服强度 、伸长率和断面收缩率 降低幅度较大。室温拉 伸性 能检验结果表明 ，TC25 钛合金棒材在 920 —980 ℃／1 hA C + 550 oC ／6 h A C 后获 得的等轴组织 和双态组织的室温拉伸性能比魏氏组织 的好 。

3.2.2 退火处理对高温拉伸性能的影响

TC25 钛合金棒材经不同温度退火处理后的500℃高温拉伸性能如表 1 所示 。由表 1 可见 ，高温拉伸性能随退火温度的变化规律与室温拉伸相 近。即当退火温度在 840 ～980 ℃之 间变化 时 ，TC25 钛合金的抗拉强度变化不明显 ，伸长率和断面收缩率有增加趋势 ，但退火 温度升高到 980 ℃以上 时，抗拉强度 、伸长率和断面收缩率 降低 幅度均较大。高温拉伸性能检验结果 表明，具有等轴组织和双态组织 的TC25 钛合金棒材的高温拉伸性能优 良。

4、结 论

(1)TC25 钛合金棒材组织随退火温度的升高逐渐由等轴组织转变为双态组织 ，经 920 ～940 ℃/1 h AC + 550℃/6h AC 处理后获得等轴组织 ，经960 ～980 ℃/1 h AC + 550℃/6h AC 处理后获得双态组织。

(2 )TC25钛合金棒材的较佳热处理制度为960 ～980 ℃/1 h AC + 550℃/6h AC ，经该制度处理后棒材的室温拉伸性能和高温(500℃)拉伸性能均优良。

参 考文献

[1] 稀 有金 属材料加工手册编 写组 ．稀 有金属 材料加工 手册[M ]．北京 ：冶金工业 出版社 ，1985．

[2 ] 雷文光 ，毛小 南 ，侯智 敏 ，等 ．热处 理对 TC21 合 金大规格棒材组织 和性 能的影 响[J]．钛 工业进 展 ，20 10 ，27( 1 ) ：28 —3 1．