TB8钛合金属亚稳定β钛合金，名义成分Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si，国外对应牌号为Beta-21S（UNS NumberR58210）。该合金具有优良的比强度、焊接性能、抗蠕变性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时经热处理可获得高强度。TB8钛合金可以在固溶状态和固溶时效状态下使用，固溶状态的使用温度为200℃，固溶后冷成型状态的使用温度为150℃，固溶时效状态的最高使用温度为550℃[1]。由于优异的综合性能，TB8钛合金已成为理想的航空航天紧固件用材料[2，3]，并拟纳入GJB 2219《紧固件用钛合金棒（线）材规范》修订版中。规范中固溶制度为（780~810）℃保温（0.5~2）h，空冷；时效制度为（520~560）℃保温（8~12）h，空冷。文章通过研究热处理工艺对TB8紧固件用棒材力学性能的影响，为今后该合金的工业化制备及应用提供参考数据。

1、棒材制备

由于TB8钛合金含有较多的Mo、Nb等β稳定元素，铸锭采用3次真空自耗电弧炉熔炼制备，铸锭规格为直径φ580mm，化学成分。见表 1。

铸锭在β相区经多火次锻造后，制备为直径φ150mm、组织均匀的棒材坯料，并进行了表面机加工处理。采用金相法对TB8相变点进行测定，结果为810~815℃。

随后成品棒材制备并未采用传统的精锻后轧制工艺，而是采用了效率更高的高速连轧工艺。分2次将φ150轧制为直径10mm的棒材，单只棒材重量约为25kg。

2、热处理结果及分析

2.1固溶制度及力学性能

对制备的φ10mm棒材，截取试样后在780℃~850℃分别进行7组试样的固溶处理，温度间隔为10℃。因棒材规格小，固溶时间均采用0.5小时，冷却方式采用空冷。

同时在相变点上及相变点下，分别选取800℃及830℃两个温度，固溶时间从0.5h~1.5h做了固溶试验，固溶时间间隔为0.5h。

固溶处理的具体制度及性能见表2。

2.2时效制度及力学性能

选用800℃/0.5h.AC作为固溶制度，时效温度在460℃~620℃，时效时间为8.5h，进行了9组时效处理，时效温度间隔为10℃。

同时在固溶及时效温度不变的前提下，对时效时间从6~12分别进行了时效处理，时间间隔为1小时。

固溶处理的具体制度及性能见表 3。

2.3热处理与力学性能的分析

由表2可以看出，连轧工艺生产的TB8棒材，在相转变点以上40℃范围内固溶，因固溶时间短，温度范围小，因此晶粒尺寸相对稳定，固溶温度对棒材的力学性能影响很小；在相转变点以下30℃范围内固溶，随着固溶温度降低，棒材强度有下降趋势，塑性逐渐上升，在此温度区间内力学性能并不会有显著变化。

同时在相变点附件的温度区间内延长固溶时间，对于力学性能并不会显著变化。因此在工业化生产中，小规格棒材可适当减少固溶时间，有利于经济型。后期试验证明经800℃/0.5h.AC固溶处理的棒材试样，晶粒度评级为7级，剪切强度为620MPa；冷顶锻工艺中，锻后高度与锻前高度之比为1：3时，棒材表面无裂纹。完全满足航空紧固件用棒材的要求。

由表3可知，时效温度对棒材力学性能影响显著，随着时效温度的降低，强度增加，塑性降低；但延长时效时间并不能对力学性能产生显著影响。通过调整时效温度，可以获得不同强度级别的棒材。

3、结束语

（1）TB8钛合金固溶温度控制在相变点附近40℃内，强度和塑性可得到较好的匹配，强度Rm≥820，延伸率A≥15%，断面收缩率Z≥15%，且随着固溶的时间延长，强度及塑性不会有显著变化。

（2）时效温度对TB8钛合金的抗拉强度影响显著，在（620-480）℃随着时效温度降低，强度提高，塑性降低。

（3）对于连轧工艺生产的TB8钛合金紧固件用棒材，通过热处理可得到强度级别为1300MPa、1200MPa和1100MP的棒材。

参考文献

[1]黄伯云，李成功，等.中国材料工程大典[M].北京化工出版社，2005，8.

[2]朱李云，谢田，张泓.TB8与GH4169料在紧固件中的应用[J].机械工程师，2013（10）：41-42.

[3]张利军，王幸运，等.钛合金材料在我国航空紧固件中的应用[J].航空制造技术，2013（16）：129-132.

相关链接