硼对Ti-1023合金组织与性能的影响

钛合金具有比强度高、耐蚀性好等优点，在航空、船舶等领域的应用逐步扩大。但铸态钛合金晶粒粗大，需要经过较多火次的开坯与改锻来破碎晶粒，成本较高。近年来，关于硼改性钛合金的研究工作一直在进行。现有的硼元素对钛合金组织与性能的研究大部分是针对TiAl合金、铸态以及轧制态Ti-6Al-4V合金等，对于β型钛合金的研究较少。
Ti-1023是一种近β型钛合金，为制得性能良好的锻件，需要经过复杂的开坯、改锻及热处理工序来细化组织，获得强度-塑性-韧性等匹配的综合性能，成本较高。在钛合金中添加一定量的硼，生成的TiB相能钉轧晶界，细化铸态组织，阻碍后续热加工与热处理过程中原始β晶粒的长大。这样可以有效减小晶粒尺寸，减少锻造火次，简化开坯改锻工艺，从而降低生产成本，具有很强的实际意义。研究人员以Ti-1023合金为对象，通过在合金熔炼原料中添加一定量的硼，对熔炼出来的铸锭进行适当变形，研究硼元素对铸态和锻态Ti-1023合金组织与性能的影响，为硼元素在钛合金中的应用研究提供参考。
研究设计的硼元素添加量分别为0、0.05%、0.1%、0.2%。原料为0级海绵钛、Al-V-Fe三元合金、硼粉，采用真空自耗电弧炉进行3次熔炼，得到4种成分的Ti-1023合金铸锭。对铸锭取样进行低倍组织分析。采用金相法测得3种含硼钛合金的相变点均在790±3℃，与Ti-1023合金相当。
铸锭在1150℃进行开坯、3火次镦拔，在920℃进行3火次镦拔，随后在两相区进行2火次镦拔。每火次变形量均为40%～50%，最终获得尺寸为Φ106mm×180mm的棒材。对在两相区1火次变形的棒材取样，在JXA8100电子探针上进行硼化物分析。在两相区1火次变形后在780、800℃淬火的棒材及2火次变形后经固溶+时效处理（765℃×2h/WQ+515℃×8h/AC）的棒材心部分别取金相试样，利用金相显微镜、电子探针、万能材料试验机等设备对其进行宏观、微观组织及性能分析。试验结果如下：
（1）硼元素作为一种高效的细化剂，能显著细化Ti-1023铸造钛合金组织。
（2）在亚共晶钛合金中，硼化物主要为TiB，倾向于以链状析出，对其进行充分的变形，能使其充分破碎。
（3）硼对钛合金力学性能的影响较大，Ti-1023合金对硼元素高度敏感，微量的硼就能显著增大钛合金的强度，硼含量在0.1%到0.2%之间时，抗拉强度与屈服强度波动不大，但是塑性显著下降。为了得到良好的强度-塑性匹配，最佳硼添加量不应大于0.1%。