Ti-55531合金退火处理工艺研究

Ti-55531(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr)合金作为新型高强近β钛合金，具有强度优异和断裂韧性高等优点，拥有良好的淬透性和较宽的加工工艺范围，特别适合制造必须承受巨大应力的零部件，如大型结构件、起落架、机翼、发动机挂架间连接装置等，在航空航天工业中日益受到青睐。钛合金组织类型和形态上的差异对其力学性能有着显著的影响。已有文献对Ti-55531合金β退火处理后的组织和性能进行了研究，但未见有对两相区退火和双重退火进行系统研究的报道。由于Ti-55531合金合金化程度高，组织对热处理工艺较为敏感，因此系统地开展了Ti-55531合金退火处理工艺研究，揭示单相区退火、两相区退火以及双重退火中退火工艺参量变化对Ti-55531合金显微组织和力学性能的影响规律。

实验材料为Ti-55531合金棒材，规格为Φ125mm×550mm，棒材原始组织为等轴组织，等轴α相的比例为43%。金相法测得合金相变点为（845±5）℃。

两阶段普通退火即在较高温度进行第一阶段退火后炉冷至较低温度，再在较低温度进行第二阶段退火后空冷。采用SX3-10-13型热处理炉，具体设计了12种热处理方案，在820～900℃温度范围内对Ti-55531合金棒材进行普通退火以及双重退火处理。两相区退火3种方案：（820、830、835）℃保温1.5h→炉冷至580℃→保温8h→空冷至室温。单相区退火7种方案：（840、860、870、880、900）℃保温1.5h→炉冷至580℃→保温8h→空冷至室温，以及880℃保温1.5h→炉冷至（540、620）℃→保温8h→空冷至室温。单相区双重退火2种方案：880℃保温1.5h→炉冷至（740、760）℃→保温1h→空冷至室温；580℃×8h/AC。

沿棒材长度方向切取拉伸试样，试样直径5mm，标距长25mm，对试样进行性能测试和显微组织观察。试验结果如下：

（1）两相区退火后合金组织为双态组织，分布着条状α相、等轴状α相和β转变组织，随着退火温度的升高，初生α相含量下降，晶界α相数量增多；单相区退火后合金为有粗大β晶粒的魏氏组织，在原β晶界处析出不连续的α相，并沿一定方向向晶内生长，在晶粒内部有针状α相析出，随着第一级和第二级退火温度的升高，β晶粒尺寸持续长大；单相区双重退火处理后合金组织中含有较大比例的针状α相。

（2）两相区退火可获得较高的延伸率、断面收缩率，但抗拉强度较低。随着退火温度的升高，合金抗拉强度升高，延伸率、断面收缩率略有下降，但变化不明显。单相区退火可获得较好的强塑性匹配，随着第一级退火温度的升高，合金抗拉强度变化不大，合金延伸率、断面收缩率均呈降低的趋势；随着第二级退火温度的升高，合金抗拉强度下降，断面收缩率、延伸率略有提高。单相区双重退火后合金具有最高的抗拉强度，而合金延伸率、断面收缩率最低。