Ti-6321鈦合金棒材熱變形及熱處理工藝

Ti-6321合金（名義成分Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo）是在美國Ti-6211合金的基礎上由我國自主研發(fā)的一種中強高韌型近α鈦合金，除了擁有鈦合金材料常見的密度小、強度高、無磁、透聲和耐海水腐蝕等綜合性能外，還具備高沖擊韌性、高斷裂韌性和良好的可加工性，現(xiàn)已完成海水環(huán)境下的各類應用研究，并廣泛用于潛艇和水中兵器的各類承力構件，促進了我國航海和艦船用鈦合金材料的飛速發(fā)展。

艦船上各類應用系統(tǒng)使用環(huán)境特殊，機構復雜，對所用Ti-6321合金材料性能要求的側重點不同，其重點是強度、塑性和沖擊韌性的適當匹配。有必要根據(jù)應用環(huán)境的具體要求，選擇適宜的熱變形參數(shù)和熱處理方式，最終實現(xiàn)鍛件強度、塑性和沖擊韌性的合理匹配，擴展材料的應用領域。針對Ti-6321合金棒材，研究了不同精鍛變形量和熱處理方式對材料組織和性能的影響規(guī)律。

實驗材料選用經(jīng)3次真空自耗電弧爐熔煉并鍛造至Φ85mm規(guī)格的Ti-6321鈦合金棒坯，實驗棒坯的原始金相組織為(α+β)兩相區(qū)加工組織，在轉變β基體上分布著初生的等軸和拉長α相，其中初生α相含量約60%，采用金相法測得其相變點為995～1000℃。

利用精鍛機將Φ85mm規(guī)格的Ti-6321棒坯分別精鍛到不同規(guī)格成品棒材，所采取的熱變形前加熱溫度均為940℃，保溫時間120min。熱變形工藝分別為：棒坯精鍛至Φ38mm規(guī)格，變形量80%；精鍛至Φ45mm規(guī)格，變形量為70%；精鍛至Φ55mm規(guī)格，變形量為60%；精鍛至Φ60mm規(guī)格，變形量為50%。所得成品棒材再經(jīng)過900℃/1.5h，AC的普通退火后測試理化性能。

選用Φ45mm規(guī)格棒材按整體熱處理的方式進行普通退火900℃/1.5hAC，雙重退火900℃/1.5hAC+960℃/1.5hAC，β退火1020℃/1.5hAC，固溶時效970℃/1.5hWQ+550℃/4hAC熱處理實驗，熱處理爐選用保溫精度為±5℃的RX箱式電阻爐。試驗結果如下：

（1）Ti-6321鈦合金棒坯在兩相區(qū)進行加熱，再經(jīng)過50%～80%的精鍛熱變形和普通退火后，發(fā)現(xiàn)原始棒坯的組織類型并沒有發(fā)生改變，但α相組織的拉長特征得到明顯改善。隨著變形量增大，晶粒細化程度逐步提高，棒材強度呈上升趨勢，沖擊韌性呈下降趨勢。

（2）棒材對熱處理工藝比較敏感，應根據(jù)用途選擇適宜的工藝：普通退火簡單易行，適用于中強中韌型結構件；雙重退火適用于低強高韌型結構件；固溶時效適用于高強低韌型結構件；β退火后材料具有高沖擊韌性，但塑性性能很差，通常不建議采用。