前言

TA18名义化学成分为Ti-3Al-2.5V，属近α型钛合金，是一种介于纯钛和TC4之间的中等强度钛合金，其焊接性能和冷成型性能均优于TC4，高强TA18合金管材一般在冷加工后去应力退火状态下使用。其最高工作温度约为315℃。管材主要用于飞机发动机的液压及燃油等管路系统。

TA18合金成品管材的去应力退火制度如何制定，才能发挥材料的最佳使用性能，对管材的应用具有重大意义。

本实验研究了不同退火制度对TA18合金管材力学性能的影响，为TA18管材生产工艺的制定提供依据。

1、实验方法

实验所用材料为经过3次真空白耗熔炼制备的铸锭，其化学成分符合GB/T3620.1规定，铸锭经锻造后挤压成轧制用管坯。挤压管坯经两辊多道次轧制开坯和三辊多道次轧制出成品管材。成品管材经表面处理后成实验所用管材。

去应力退火温度一般选择在再结晶温度以下50~200℃，故合理制定了25种不同的退火制度进行去应力退 火实验。1)退火温度不变，改变保温时间，研究保温时间对性能的影响；2)保温时间不变，改变退火温度，研究退火温度对性能的影响。根据生产实际及理论分析，加热温度分别设为410℃、430℃、450℃、470℃、490℃五个温度点，保温时间选择为1h、2h、3h、4h、5h五个保温时间段。对不同退火制度后的成品管材上分别取2个拉伸试样进行力学性能测试，得到各种退火制度下的强度数据(R_m、R_p0.2)、塑性数据(A₅₀)。

2、实验结果与讨论

2.1保温时间对管材力学性能的影响

在相同加热温度下，对管材进行不同时间段的保温，去应力退火后力学性能见图1。由图1可见，在5种不同的加热温度下，随退火保温时间的延长，管材强度(R_m、R_p0.2)均略有降低；延伸率有一定程度的升高，保温时间为3h时处于中值。保温时间在1h到3h阶段强度和延伸率的变化幅度较大，延伸率上升幅度较为明显，而当延长至4h和5h时，此阶段强度降低相对较小，延伸率提高幅度也较小。这是由于随退火时问的延长，在刚开始保温阶段，冷变形所产生的畸变能释放的较快，材料残余应力消除也越明显，合金内部的位错密度降低，管材软化程度越高，材料强度下降较明显；而当保温时间足够长时，残余应力基本趋于稳定，即使时间继续延长，材料性能也不会有较大变化。

2.2退火温度对管材力学性能的影响

在保温时间一致的情况下，不同退火加热温度下管材的力学性能测试结果见图2。从图2可见，在410—490℃加热区间内，退火加热温度对管材强度(R_m、R_p0.2)影响较保温时间的影响小，虽然也是呈下降趋势，但总体趋势较缓，温度从410℃到490℃变化时，前阶段强度下降较明显，而后阶段下降趋势变缓；延伸率随退火温度的提高呈上升趋势，当达到470℃时，延伸率基本不变，甚至有降低现象。这是由于材料内部吸热能达到大部分残余应力的松弛激活能时，残余应力快速释放，但会随加热温度的提高及保温时间的延长逐步放缓。又由于TA18钛合金中含有一定量β稳定元素V，退火温度过高可能会形成亚稳相，在后续析出硬而脆的时效ω相，这种ω也会使得材料塑性下降。

3、结论

(1)TA18钛合金管材在410℃一490℃×1h一5h退火时，随退火温度的升高、保温时间的延长，管材抗拉强度

及屈服强度降低，延伸率提高；保温时间对管材强度的影响大于加热温度，而对延伸率的影响加热温度的变化相对较显著。

(2)TA18钛合金管材在410℃一490℃加热时，保温时间超过4h时，性能基本趋于稳定；当保温时间在1h～ 5h变化时，加热温度超过470℃时，材料性能趋于稳定。

(3)TA18钛合金管材去应力退火制度选择在450～500℃×3h一5h时，能较好地满足高强度TA18钛合金管材使用性能的相关要求。

参考文献：

[1]张翥，王群骄，莫畏.钛的金属学和热处理[M].北京：冶金工业出版社，2009.

[2]沈莲.机械丁程材料[M].北京：机械业m版社，2004.

[3]史建军，马洪悛.TC4钛合金电子束焊接接头的真空去应力退火工艺研究[J].热加工工艺，2009，38(9)：120一122.

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