TB6钛合金是一种近β钛合金，国外牌号为Ti-10V-2Fe-3Ai，该材料具有较高比强度、良好的断裂韧性、较高的淬透性、良好的切削性和抗腐蚀性等特点。广泛应用于航空航天领域，例如飞机涡轮盘、飞机起落架和直升机旋翼系统，国内航空领域TB6钛合金主要应用于直升机领域锻件⑴。TB6钛合金锻件常用固溶时效热处理工艺，固溶温度、淬火冷速和时效温度是影响锻件性能的主要参数,陈威⑵等人研究了单级时效和双级时效工艺的影响;王文婷⑶等人研究了低温时效的影响;刘彬⑷等人研究了 TB6钛合金多重固溶时效热处理工艺对锻件的影响。

本文通过采用φ130 mm规格TB6钛合金棒材改锻为自由锻件,研究固溶和时效热处理的温度对自由锻件组织和性能的影响,最终获得应用于锻件生产交付的最优热处理工艺，同时掌握热处理工艺和组织性能的对应关系,便于锻件组织性能不合格问题处理。

1、试验材料及方法

1.1 试验用料

试验用料为φ130 mm规格棒材经锻造后的自由锻件，自由锻件尺寸为200 mm X 100 mm X60 mm，对应锻造方向为LxLTxST。材料化学成分如表1所示。检测材料相变点为806℃。

1.2 试验方法

根据锻件规范要求锻件采用两相区热处理,固溶选取T_β-(30 ~60℃)，水淬。时效选取510~540℃,空冷。锻件规范中要求的热处理时间变化对锻件性能影响较小，因此本试验未选取不同时间对比的工艺试验。本试验中选取不同固溶和时效温度试验方案如表2所示，固溶温度选取770°C、760℃、750℃,时效温度选取 540℃、530C、520°C。

按GJB 2744A—2007标准检测锻件，检测项目和取样方案见图1,力学性能试样取自截面中心。室温拉伸选用φ5 mm X 50 mm试样,试验方法按照GB/T 228. 1—2010要求;断裂韧性试样采用B =25 mm,试验方法按照GB/T 4161—2007要求;显微组织和低倍试验方法按照GB/T 5168—2008要求。

2、结果与分析

2.1 固溶和时效温度对力学性能的影响

图2为TB6钛合金自由锻件经过不同固溶和时效温度热处理后的力学性能。在相同的时效温度下,随着固溶温度从770℃下降到750℃,可以看出，图2(a)中抗拉强度呈下降趋势，主要趋势为固溶温度每降10℃,抗拉强度下降约10 MPa；图2(b)和图2(c)中断后伸长率和断裂韧性呈上升趋势，固溶760℃较770℃断后伸长率明显上升约2%，断裂韧性明显上升5  MPa •m^1/2 ；固溶750C较760C断后伸长率和断裂韧性略有上升，分别上升约1%和2 MPa •m^1/2。

在相同的固溶温度下，随着时效温度从520℃升高到540℃ ,可以看出，图2(a)抗拉强度呈下降趋势，时效温度每升高10℃,抗拉强度下降约40 ~50 MPa；图2(b)中断后伸长率略有升高趋势；图2(c)中时效520℃升高至530℃时断裂韧性略有升高，约3 ~5 MPa • m^1/2左右,但当时效温度由530C升高至540C时断裂韧性明显升高约 5 ~10 MPa •m ^1/2 。

2.2 固溶和时效温度对高低倍组织的影响

在相同固溶温度情况下，不同时效温度的锻件低倍无不同之处。在相同时效温度下,不同固溶温度的锻件低倍有不同之处。图3为分别在770°C、760°C、750°C固溶后520°C时效的低倍组织，可以看出固溶温度越高晶粒越粗越清晰，遵循温度升高晶粒长大的普遍规律。自由锻件中间变形量大，形成拉长晶粒，低倍评级均满足GJB2744A—2007中4级要求。

高倍组织如图4和图5所示,均为两相区组织，由时效β基体和球状或条状初生α相组成,均满足GJB 2744A—2007中2类组织，初生α相含量均满足不低于10%。原始β晶粒边界未出现连续的、平直的α相网格，未出现粗大的晶界α相组织。在固溶温度760℃时，不同时效温度520°C、530°C、540°C情况下，高倍组织如图4所示,随着时效温度的降低，初生α相含量略有降低。在时效温度530C时,不同固溶温度770℃、760°C、750°C情况下，高倍组织如图5所示，固溶温度每降低10℃，初生α相含量增加约5% ~10%。

3、结论

(1)固溶温度每降低10℃时,抗拉强度下降约10 MPa,断后伸长率升高约1% ~2%，断裂韧性升高约2~5 MPa,高倍组织中初生s相含量增加约5% -10%,低倍组织中晶粒略有变细。

(2) 时效温度每升高10℃时,抗拉强度下降约40 -50 MPa,断后伸长率略有升高；时效温度520℃升到530 ℃时断裂韧性升高约3~5MPa. m^1/2,时效温度530℃升到540℃时,断裂韧性升高约5 ~10MPa. m^1/2,时效温度对高低倍组织影响较小。

(3) 固溶选用750 ~760°C水冷，时效选用520℃~530℃空冷,室温拉伸和断裂韧性具有较好的匹配性,低倍晶粒较细，高倍组织中初生α相较多。

参考文献

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