Ti-55531钛合金室温强-塑-韧匹配化热处理工艺研究

目的 采用Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)钛合金,研究了不同热处理工艺条件下室温强-塑-韧性能的匹配关系,为满足不同强度、断裂延伸率、断裂韧度综合服役性能要求提供热处理工艺参考。方法 在单相区固溶+时效、双相区固溶+时效2种制度下进行了热处理试验,分析了不同单相区固溶冷却方式(空冷、炉冷)和时效温度、双相区固溶温度等条件下的室温拉伸性能(抗拉强度σb、断裂延伸率A)和断裂韧度KIC,揭示了Ti-55531钛合金室温强度、塑性、断裂韧度的匹配关系。结果 经单相区固溶+空冷+时效处理得到了细片层状次生αs相,随时效温度的升高,αs相尺寸增大,抗拉强度降低,延伸率和断裂韧度升高;经单相区固溶+炉冷+时效处理得到了较粗的α片层,随时效温度从500 ℃升高至600 ℃,α片层尺寸增大,抗拉强度降低,延伸率和断裂韧度升高,但呈现出较高的脆性;随着双相区固溶温度的升高,初生αp相尺寸显著降低,促进后续时效处理过程中析出了更细小的次生αs相,提高了强度,降低了延伸率和断裂韧度。结论 得到了2种能够实现良好强-塑-韧性能匹配的热处理工艺路线:1)850 ℃/1 h固溶后炉冷至600 ℃保温8 h,可得到片层组织以及较高的断裂韧度(KIC=110.01 MPa.m^1/2)、良好的强度(σb=1 111 MPa)和断裂延伸率(A=9.69%);2)810 ℃固溶+空冷+600 ℃/3 h时效,可得到初生αp+次生αs相的双态组织,实现了高强度(σb=1 287 MPa)和高断裂延伸率(A=12.76%),同时断裂韧度达到60.4 MPa.m^1/2。