引言

钛合金拥有密度小、耐侵蚀、高比强度等特点，在海洋船舶、航空航天、石化、医药和汽车等工业领域利用较广［1-2］。其中β钛合金因其热处置强化成效较好需要较大。国内有关学者对β钛合金的成分、热处置、微观组织、机能进行了深刻的钻研，获得了一系列成就［3-7］。而关于机械加工对β钛合金机能影响钻研不多。

基于以上近况，本文对选取锻压机械加工方式后的β钛合金机能发展钻研，揭示锻压机械加工对β钛合金机能的影响，为β钛合金的利用提供理论支持。

1、试件制备与试验步骤

试验选取β钛合金成分为Ti-3Al-8V-4Mo－4Cr-4Zr-2Fe-2Nb，通过真空自耗电弧熔炼获得铸锭。对铸锭进行锻压，在水压机上进行，锻压温度为初始温度1100℃，最后温度860℃，每次保温60min，五火次锻压成Φ30mm的棒材，保障铸造过程中维持成分均匀性。测试β钛合金熔炼后化学成分(质量分数)如表1。

从锻压的β钛合金棒材上用线切割切取圆柱型尺度试样，标距为25mm，直径为5mm，尺寸如图1所示，依照GB/T228—2002《金属资料室温拉伸试验步骤》进行静载拉伸试验。拉伸试验温度为室温，在Instron5885电子全能资料试验机上进行，加载速度为1mm/min。使用HVS-50维氏硬度计丈量维氏硬度，外加载荷值250g，载荷维持功夫10s，取6个测试点取硬度均匀值。

硬度推算公式如式1所示:

式中:P为外加载荷值(N)，d为压痕对角线均匀值(mm)。

选取OLYMPUS金相显微镜对β钛合金的铸造及锻压后的显微组织进行金相观察。重要观察锻压加工后的晶粒、描摹、组织尺寸。金相试样经砂纸研磨机械抛光后选取HF∶HNO₃∶H₂O=1∶3∶5(体积比)试剂进行侵蚀。

2、试验了局与会商

2．1力学机能

图2为β钛合金经锻压后硬度值测试情况。

由图2可知β钛合金棒材因锻压中形变不均匀，外缘形变比中部大，其测试的硬度值阐发为从外到内逐步降低，提醒必要进一步精密锻压及热处置以达到资料从里到外硬度均匀一致性。

表2为β钛合金经锻压后室温拉伸测试数据统计，其抗拉强度在827～867MPa之间，伸长率为17．5%～20%，表征锻压后β钛合金资料的塑性机能优良。

凭据公式2可知β钛合金强度由析出次生相的尺寸巨细和体积分数决定，而试验未对β钛合金进行固溶处置，α相析出较少，含量较低，造成合金硬度相对低。

式中:σ为屈服强度，α_p为初生α相，α_s为次生α相，fα_p与fα_s别离为初生α相与次生α相体积分数，dα_p和dα_s别离为初生α相和次生α相晶粒尺寸。

2．2金相微观显微组织观察

图3为观察到的β钛合金铸造后的金相显微组织，从图3中能够看出，β钛合金内部晶界较为明显，有些无规定的线条存在晶体内部。晶粒均匀尺寸约莫为1500μm左右，组成有较多大尺寸的铸造组织，合金内部个别处所观察到气孔等缺点。

图4(a)、(b)别离为β钛合金经锻压后外缘部及中部的金相显微组织图片，和图3铸造金相组织图进行对比可得出以下结论:β钛合金经机械锻压加工后，初始铸造金相显微组织产生了较多变动，β钛合金内部原始观察到气孔等缺点根基不见或大幅降低。钛合金的晶粒均匀晶粒尺寸约为450μm左右，可观察到β晶内部有矩形条状孪晶且散布密度相对很高，β钛合金晶粒相对锻压前较细。对比图4(a)、(b)外缘部及中部的金相显微组织图片可知β钛合金外缘部晶粒相对均匀，尺寸小而细，中部晶粒尺寸大且不均匀散布，存在小再结晶与大尺寸晶粒组成的混晶。凭据Hall-Petch公式(公式如式3所示)可知锻压后β钛合金晶粒藐小可提高合金资料的屈服强度，使资料的塑性机能得到改善。

式中:σ_s为晶体屈服强度，σ₀为晶粒变形阻力，K为晶界变形系数，d为晶粒均匀直径。

而正是由于金相观察到β钛合金外缘部的晶粒相对于中部的晶粒藐小，诠氏缢图2中β钛合金经锻压后硬度值阐发为从外缘较高，到中部逐步降低的情况出现。

3、结论

(1)β钛合金铸造后合金的晶粒直径较大，不均匀散布。晶粒巨细约为1500μm左右。经过锻压机械加工后，β钛合金晶粒得到细化，硬度得到提高。

(2)β钛合金经锻压后，资料硬度不均匀，金相观察显示外缘晶粒相对均匀、藐小，硬度大，而中部硬度较小，提醒必要进一步精密锻压及热处置。

(3)β钛合金在锻压后的相变需借助SEM扫描和XＲD分析进一步深刻钻研。

参考文件:

［1］肖浩，孙杨，范娟娟，等．β钛合金热处置工艺钻研进展［J］．金属热处置，2023，48(11):258-265．

［2］陈玮，刘运玺，李志强．高强β钛合金的钻研近况与发展趋向［J］．航空资料学报，2020，40(3):63-76．

［3］苗芳，吴慧云，鲁泽，等．高压热处置对TC11钛合金组织及力学机能的影响［J］．精密资料成形工程，2023，15(9):1-7．

［4］石李祯，傅莉，林建国，等．高压时效β钛合金的微观组织演化及动力学分析［J］．罕见金属资料与工程，2022，51(6):2090-2096．

［5］李健，庄宇盛，李春慧，等．冷变形实时效对新型β钛合金组织机能的影响［J］．金属热处置，2022，47(11):70-76．

［6］王庆娟，李强，孙亚玲．热机械处置对β钛合金组织机能的影响［J］．金属热处置，2018，43(10):127-132．

［7］谭皎，张伯岩，朱文光，等．时效温度对Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr钛合金微观组织及力学机能的影响［J］．金属热处置，2022，47(1):217-225．

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