熱處理對Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金組織和性能的影響

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo鈦合金是一種Ti-Al-Nb-Zr系中強高韌近α鈦合金，具有密度小、比強度高、無磁、透聲、抗沖擊、可加工性好、耐海水腐蝕等優異的綜合性能，在海洋和艦船領域得到高度重視和廣泛應用，可用于潛艇和水中兵器的受力結構件，螺栓、軸、煙囪、桅桿以及耐壓殼體等，是我國艦船未來發展的關鍵材料。

Ti-6321鈦合金棒材對熱處理工藝比較敏感，現有的Ti-6321鈦合金熱處理研究僅局限于普通退火或形變熱處理，對熱處理方式的系統性研究不足。科研人員進行了普通退火、固溶處理、β熱處理、固溶時效、等溫退火和雙重退火等熱處理工藝方法研究，并對比分析了不同熱處理工藝對棒材組織和性能的影響關系，充分挖掘合金綜合性能，為選取合適的熱處理方式提供依據。

試驗材料為Φ45mm的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo鈦合金棒材，金相法測得合金相變點為995℃，棒材的原始金相組織為典型的等軸組織。棒材使用保溫精度±5℃的RX箱式電阻爐進行整體熱處理，熱處理后在棒材的D/4處取樣并采用598X系列材料試驗機進行性能測試。熱處理工藝具體如下：

普通退火：800℃保溫1.5h，空冷

固溶處理：960℃保溫1.5h，空冷

β熱處理：1020℃保溫1.5h，空冷

固溶時效：970℃保溫1.5h，水冷+600℃保溫4h，空冷

等溫退火：970℃保溫1.5h，爐冷到600℃保溫2h，空冷

雙重退火：970℃保溫1.5h，空冷+600℃保溫2h，空冷

試驗結果如下：

(1)經普通退火或等溫退火后均獲得等軸組織，普通退火后初生α相晶粒細小，棒材具有良好的強度和塑性，但沖擊韌性較差;等溫退火后初生α相有明顯的長大趨勢，棒材強度顯著降低，但沖擊韌性很高。

(2)固溶處理、固溶時效或雙重退火后均獲得雙態組織，由于冷卻條件不同，組織形貌有較大區別：固溶處理后次生α相呈片狀析出，雙重退火后次生α相厚度逐漸變粗，這兩種熱處理方式使得材料的沖擊韌性都較高;固溶時效熱處理后，在β相中彌散分布著細小的片狀α相，對基體有著顯著的強化效果，但沖擊韌性最低。

(3)β熱處理后獲得魏氏組織，α相全部轉化為原始β相，晶粒尺寸迅速長大，晶界內的新生α相呈平直的片狀沿晶界向晶內發展，保持著原始α晶界，具有較高的沖擊韌性，但塑性會顯著降低。