Ti-6321钛合金棒材热变形及热处理工

Ti-6321合金（名义成分Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo）是在美国Ti-6211合金的基础上由我国自主研发的一种中强高韧型近α钛合金，除了拥有钛合金材料常见的密度小、强度高、无磁、透声和耐海水腐蚀等综合性能外，还具备高冲击韧性、高断裂韧性和良好的可加工性，现已完成海水环境下的各类应用研究，并广泛用于潜艇和水中兵器的各类承力构件，促进了我国航海和舰船用钛合金材料的飞速发展。 舰船上各类应用系统使用环境特殊，机构复杂，对所用Ti-6321合金材料性能要求的侧重点不同，其重点是强度、塑性和冲击韧性的适当匹配。有必要根据应用环境的具体要求，选择适宜的热变形参数和热处理方式，最终实现锻件强度、塑性和冲击韧性的合理匹配，扩展材料的应用领域。针对Ti-6321合金棒材，研究了不同精锻变形量和热处理方式对材料组织和性能的影响规律。 实验材料选用经3次真空自耗电弧炉熔炼并锻造至Φ85mm规格的Ti-6321钛合金棒坯，实验棒坯的原始金相组织为(α+β)两相区加工组织，在转变β基体上分布着初生的等轴和拉长α相，其中初生α相含量约60%，采用金相法测得其相变点为995～1000℃。 利用精锻机将Φ85mm规格的Ti-6321棒坯分别精锻到不同规格成品棒材，所采取的热变形前加热温度均为940℃，保温时间120min。热变形工艺分别为：棒坯精锻至Φ38mm规格，变形量80%；精锻至Φ45mm规格，变形量为70%；精锻至Φ55mm规格，变形量为60%；精锻至Φ60mm规格，变形量为50%。所得成品棒材再经过900℃/1.5h，AC的普通退火后测试理化性能。 选用Φ45mm规格棒材按整体热处理的方式进行普通退火900℃/1.5hAC，双重退火900℃/1.5hAC+960℃/1.5hAC，β退火1020℃/1.5hAC，固溶时效970℃/1.5hWQ+550℃/4hAC热处理实验，热处理炉选用保温精度为±5℃的RX箱式电阻炉。试验结果如下： （1）Ti-6321钛合金棒坯在两相区进行加热，再经过50%～80%的精锻热变形和普通退火后，发现原始棒坯的组织类型并没有发生改变，但α相组织的拉长特征得到明显改善。随着变形量增大，晶粒细化程度逐步提高，棒材强度呈上升趋势，冲击韧性呈下降趋势。 （2）棒材对热处理工艺比较敏感，应根据用途选择适宜的工艺：普通退火简单易行，适用于中强中韧型结构件；双重退火适用于低强高韧型结构件；固溶时效适用于高强低韧型结构件；β退火后材料具有高冲击韧性，但塑性性能很差，通常不建议采用。