供稿|薛虎明，王建斌，马元杰，黄淑阳/ XUE Hu-ming, WANG Jian-bin, MA Yuan-jie, HUANG Shu-yang

拉伸变形和固溶制度对TB2钛丝材抗拉强度的影响

Inf l uence of Drawing Distortion and Solid Solution System on TB2 Wire Tensile Intensity

供稿|薛虎明，王建斌，马元杰，黄淑阳/ XUE Hu-ming, WANG Jian-bin, MA Yuan-jie, HUANG Shu-yang

内 容 导 读

TB2（Ti-3Al-5Mo-5V-8Cr）是一种亚稳定β型钛合金，在固溶状态下具有良好的冷成型性能和良好的焊接性能，经固溶时效处理后，具有高的强度及良好的塑性，在航空、航天领域作为紧固件有广泛的应用。TB2钛合金丝材经拉伸加工后，可细化晶粒，使其结构致密、改善组织，进一步提高合金强度。

本文主要分析了TB2钛合金丝材在不同变形量，经不同固溶制度热处理后对其抗拉强度的影响，初步探寻TB2合金丝材的抗拉强度与变形量及固溶制度之间的关系。

试验材料与方法

试验材料

实验选用的铸锭是经两次真空自耗炉熔炼，并采用锻造和轧制方式加工为φ9.5 mm的线坯，其化学成分如表1所示。对φ9.5 mm线坯进行温拉，并分别以四种不同的拉伸变形方案拉制四个规格的丝材，之后按照不同的温度和保温时间制定不同的固溶制度方案进行固溶热处理。

表1 Ti-3Al-5Mo-5V-8Gr合金化学成分 %

拉伸方案

方案A：由φ9.5 mm线坯经7个道次温拉伸至φ5.7 mm，无中间退火，拉伸变形量65%。

方案B：由φ9.5 mm线坯经6个道次温拉伸至φ6.0 mm进行800℃保温10 min退火。对φ6.0 mm线坯经4个道次拉伸至φ4.5 mm，无中间退火，退火后拉伸变形量为40%；φ6.0 mm经9个道次拉伸至φ2.9 mm，无中间退火，退火后拉伸变形量为75%。

方案C：由φ9.5 mm线坯温拉伸φ2.9 mm，无中间退火，拉伸变形量90%。

固溶热处理制度

结果与分析

拉伸变形量对固溶态TB2钛丝材抗拉强度的影响

TB2钛丝材采用三种方案拉伸，拉伸变形量对升高，加工硬化趋势增强，组织进一步细化和纤维化，晶格扭曲更加严重。当变形量大于90%时，丝材可能发生脆断现象。

固溶制度对TB2钛丝材抗拉强度的影响

固溶保温温度

对变形量为75%的TB2钛丝材分别采用800、780、760℃保温10 min，空冷进行固溶处理，取样检测抗拉强度。图2为固溶保温温度对抗拉强度的影响。从图2可以看出：提高固溶保温温度，丝材抗拉强度下降。这是由于虽然固溶保温温度提高有丝材的固溶态抗拉强度有明显的影响，经不同道次拉伸变形后进行800℃保温10 min空冷固溶处理，图1是经拉伸后各丝材的显微组织，抗拉强度的检测结果见表2。

图1 不同拉伸变形量TB2钛丝材纵向组织：（a）变形量40%；（b）变形量75%；（c）变形量90%

表2 不同拉伸变形量的抗拉强度

从图1和表2可以清楚地看出，随着变形量的增加，抗拉强度逐渐增高，这是因为温拉伸变形是一个加工硬化和回复软化同时进行的过程，随着变形程度的增加，不均匀变形进一步加剧，变形抗力利于合金元素更多地溶入固溶体，但却减弱了拉伸变形对强度提高的加工硬化作用，二者相抵反而造成抗拉强度下降。

图2 固溶温度与抗拉强度的影响

固溶保温时间

对变形量为75%的TB2钛丝材采用800℃，保温时间为5、10、15、20 min固溶热处理，取样检测抗拉强度。图3为固溶保温时间对抗拉强度的影响。从图3看出延长保温时间，丝材抗拉强度下降，这与提高固溶温度，丝材抗拉强度下降一样：虽然延长固溶保温时间有利于合金元素更多地溶入固溶体，但却减弱了拉伸变形对强度提高的加工硬化作用，二者相抵最终造成抗拉强度下降。

图3 固溶保温时间与抗拉强度

结束语

TB2钛丝材拉伸变形量对固溶态抗拉强度有明显影响，选择合适变形量，可以使固溶态抗拉强度在标准要求范围内。

TB2钛丝材固溶热处理温度对丝材有明显的影响，实验结果显示：随着热处理温度逐渐降低，抗拉强度逐渐升高，升高的趋势由强变弱。

TB2钛丝材固溶热处理保温时间对丝材有明显的影响，实验结果显示：随着保温时间的延长，抗拉强度逐渐降低。

TB2钛合金是亚稳定β型合金，在固溶状态下具有良好的冷成型性能，常用于重要用途的紧固件。丝材拉伸变形量和固溶热处理制度决定其固溶状态的抗拉强度。本文采用轧制的φ9.5 mm线坯，设计三种不同变形量的拉伸工艺，加工φ5.0 mm、φ4.0 mm、φ2.5 mm的磨光直丝，取样检测固溶态抗拉强度。检测结果表明：拉伸变形量控制在65%～85%范围内，抗拉强度可控制在885～980 MPa内。对同一工艺TB2丝材分别采用三种制度进行固溶热处理，取样检测固溶态抗拉强度。结果显示：随着热处理温度逐渐降低，抗拉强度逐渐升高，升高的趋势由强变弱。

宝鸡钛业股份有限公司，陕西 宝鸡 721014

方案E：对同一拉伸工艺TB2钛丝材分别采用760、780、800℃，保温10 min，空冷，进行固溶热处理。

方案F：对同一拉伸工艺TB2钛丝材采用800℃分别保温5、10、15、20 min空冷，进行固溶热处理。

薛虎明（1966—），男，工程师，主要从事钛、锆等稀有金属丝材加工工艺研究，陕西省宝鸡市钛城路1号宝鸡钛业股份有限公司，E-mail：bjwangxb@163.com