热处理工艺对BTi-6554钛合金管材组织及性能的影响

随着舰船及航空工业的发展，迫切需要高结构效益的钛合金材料，因此高强高韧成为钛合金发展的主要方向之一。例如，上世纪七十年代，两种典型的高强高韧钛合金—Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al)和BT22（Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe）替代高强度钢（如30CrMnSiA）用于制造飞机承力构件，使飞机结构减重20%以上，目前该两牌号钛合金在航空领域得到广泛的应用。随着国内外宇航及舰船工业的发展，人们希望得到更高强度和更高韧性相匹配的钛合金材料。

BTi-6554合金是我国自主研制开发的一种新型β型高强高韧钛合金，其强韧性的匹配优于Ti-1023及BT22，是一种高结构效益钛合金。合金开发经历了成分设计、实验室试验、小型试验及中型试验四个阶段。目前已可批量生产棒材及管材。BTi-6554合金是宇航、兵器、舰船等行业结构件用材的优良材料，已先后提供航天紧固件、兵器某弹战斗部、海底电缆管道、装甲板、一级方程式赛车弹簧等不同行业试验用料。实验用真空自耗电弧炉经两次熔炼的铸锭，其主要化学成份为：Al4.0，Mo5.1，V5.0，Cr5.4，相转变温度约为790℃。该铸锭在2500t快锻机上多火次锻造，规格为210mm棒材。在3150t挤压机上挤压规格为Φ81×12mm，热处理后再进行机加工获得最终产品。用此挤压管材做热处理实验并对棒材进行室温拉伸性能及显微组织研究。选用的热处理制度如下，固溶制度为：770℃/保温30'·WC；时效制度分别为：520℃/保温10h·AC、540℃/保温10h·AC、560℃/保温10h·AC、580℃/保温10h·AC。

从力学性能统计情况来看，R态的室温强度达到870MPa，在工程上很难得到应用。试验选用的热处理制度由于时效制度的差别反映在力学性能上为随时效温度的提高室温强度逐渐降低，抗拉强度分布在1075～1328MPa之间，延伸率变化不大，δ5在10～11.5%之间。从数据情况来看，770℃/保温30'·WC+580℃/保温10h·AC制度下的强度及塑性均较好。根据显微组织分析发现，两相区固溶+时效处理后，显微组织为均匀少量的初生α+时效基体的双态组织，晶粒内不同程度地有第二相粒子析出。在四种热处理条件下，弥散析出的针状次生α相组成了片层结构。这些平行的片层结构间，又有许多短的针状次生α相形成，两种形态的次生α相交织在一起，具有很高的强化效应，使其管材强度处于较高水平。试验结果表明：（1）试验选用的四种热处理制度中，770℃/保温30'·WC+580℃/保温10h·AC热处理制度下材料的强度-塑性匹配较好。（2）通过试验制订的熔炼、锻造、挤压，以及热处理工艺生产BTi-6554高强高塑钛合金管材，方法是可行的。