Ti-55531钛合金室温强-塑-韧匹配化热处理工艺研究

作者：李艳英; 李旻萱; 欧阳斌; 葛金峰; 刘成; 常旭升; 綦育仕; 张宇; 陈刚^*

来源：精密成形工程, 2023, 15(12): 68-78.

• 钛合金
• 固溶处理
• 微观组织
• 力学性能
• 断裂韧度

目的 采用Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)钛合金，研究了不同热处理工艺条件下室温强-塑-韧性能的匹配关系，为满足不同强度、断裂延伸率、断裂韧度综合服役性能要求提供热处理工艺参考。方法 在单相区固溶+时效、双相区固溶+时效2种制度下进行了热处理试验，分析了不同单相区固溶冷却方式(空冷、炉冷)和时效温度、双相区固溶温度等条件下的室温拉伸性能(抗拉强度σb、断裂延伸率A)和断裂韧度KIC，揭示了Ti-55531钛合金室温强度、塑性、断裂韧度的匹配关系。结果 经单相区固溶+空冷+时效处理得到了细片层状次生αs相，随时效温度的升高，αs相尺寸增大，抗拉强度降低，延伸率和断裂韧度升高；经单相区固溶+炉冷+时效处理得到了较粗的α片层，随时效温度从500℃升高至600℃，α片层尺寸增大，抗拉强度降低，延伸率和断裂韧度升高，但呈现出较高的脆性；随着双相区固溶温度的升高，初生αp相尺寸显著降低，促进后续时效处理过程中析出了更细小的次生αs相，提高了强度，降低了延伸率和断裂韧度。结论 得到了2种能够实现良好强-塑-韧性能匹配的热处理工艺路线：1)850℃/1 h固溶后炉冷至600℃保温8 h，可得到片层组织以及较高的断裂韧度(KIC=110.01 MPa·m1/2)、良好的强度(σb=1 111 MPa)和断裂延伸率(A=9.69%);2)810℃固溶+空冷+600℃/3 h时效，可得到初生αp+次生αs相的双态组织，实现了高强度(σb=1 287 MPa)和高断裂延伸率(A=12.76%)，同时断裂韧度达到60.4 MPa·m1/2。

• 单位
  贵州安大航空锻造有限责任公司; 哈尔滨工业大学（威海）