氧含量对TA5-A板材力学性能的影响

TA5-A钛合金是一种全α型钛合金，由于其具有中等强度、良好的焊接性能及耐海水腐蚀性能，是舰船用金属结构材料的理想选择。TA5钛合金在热加工过程中变形抗力较大，表面易出现裂纹，这些因素对产品的成材率和性能是不利的。研究化学成分对材料性能的影响规律，并找出其与组织性能之间的匹配关系，是保证TA5-A钛合金产品成材率的因素之一，也是保证其性能合格的必要条件。 采用热轧法对3个TA5-A钛合金坯料进行加工，TA5-A钛合金板坯尺寸为68mm×1265mm×1500mm。坯料的化学成分符合GJB944-1990标准。 轧制之前，采用地坑炉对坯料进行加热，一火加热温度960℃，保温250min，经过一火次轧制，轧制总变形率约为67%，一火共轧制6个道次。二火加热温度920℃，保温一段时间后，经过一火次轧制，轧制总变形率约为73%，轧制后板材的厚度为16.4mm。 由轧制后板材的力学性能可以发现，TA5-A板材的冲击韧性和断后伸长率均符合GJB944-90标准要求，但抗拉强度低于标准值20～30MPa，屈服强度低于标准值5～10MPa。从化学成分分析，造成抗拉强度、屈服强度低于标准值原因之一可能是由于TA5-A铸锭熔炼时氧含量偏低（0.04～0.06%）造成的。 因此，在第二次投料时对TA5-A钛合金铸锭的成分做了调整，提高了O元素的含量。试验结果可以看出，轧制工艺不变，提高氧含量后，TA5-A板材的力学性能有所改善，韧性断后伸长率变化不大，冲击韧度呈现先增大后减少的趋势，抗拉强度和屈服强度增加的幅度较大，均增加约150MPa。 研究结果表明：在轧制条件相同的情况下，随氧含量的增加，TA5-A钛合金板材的抗拉强度和屈服强度均升高；氧含量的增加对板材塑性影响不大；冲击韧度随氧含量的增加逐渐增加，但当含氧量增大到一定值时，其冲击韧度反而下降，因此氧含量不是越高越好，氧含量在0.08%～0.10%时，其综合力学性能较好。