热轧变形对Ti-10V-2Fe-3Al合金组织和性能的影响

　　Ti-10V-2Fe-3Al合金作为美国Timet公司、Boeing公司、Wyman-Gordon公司于20世纪70年代初共同研制成功的具有高强度、高断裂韧性、良好淬透性和抗裂纹扩展性能的高强近β型钛合金，成功的应用于飞机起落架主承重梁、机翼和转轴等关键结构件[1-6]。

　　高强近β型钛合金的组织结构由其所受的加工过程和热处理状态决定，改变合金的热处理工艺，如固溶温度、形变温度、形变量、时效工艺等[7-11]，可以在较大范围内调整合金的力学性能，实现不同强度、塑性和韧性水平的匹配。形变热处理指将变形和热处理有效结合起来进行的热处理工艺，是提高钛合金综合性能的重要方法[12]，采用形变热处理工艺，可同时发挥形变强化与热处理强化的作用，在提高强度的同时，还可提高塑性、疲劳强度，持久强度和耐蚀性，获得优异的组织与综合性能[13-15]。以TC4钛合金[16]为例，相对于普通的固溶时效处理，形变热处理可将合金的强度提高240MPa，而保持伸长率和断面收缩率不降低。对于近β型钛合金，由于在低温时效中产生的细小弥散的等温ω相可为次生α相的析出提供均匀的形核点，采用低温-高温双重时效工艺可显著提高合金性能。文献在对Ti-15-3和β-21S合金研究的结果表明[17]，采用双重时效或降低时效时的加热速率，可以获得为α相的析出提供有利形核位置的等温ω相，得到更加均匀、细小的α+β显微组织，从而使合金得到良好的强韧化匹配水平。本文研究形变温度、形变量和双重时效工艺对Ti-10V-2Fe-3Al合金显微组织和力学性能的影响，获得了更为优化的显微组织和综合性能。

　　1 试验材料与方法

　　试验用Ti-10V-2Fe-3Al合金原材料经3次真空自耗电弧熔炼制备出的合金锭，后经开坯、锻造、精锻等工序加工成Φ90mm的棒材，合金化学成分见表1。通过金相法测定该合金的相变温度约815℃。

　　通过线切割的方法从Φ90mm棒材上截取尺寸为Φ20mm×220mm的圆柱状试样，随后采用不同形变温度(分别为700、780和845℃)和形变量( 分别为35%、45%和50%)对圆柱试样进行热轧处理，水淬至室温，最后对轧制后的试样分别采用500℃×16h单重等温时效，低温300℃×8h+高温500℃×8h以及低温300℃×8h+高温500℃×16h双重时效制度进行时效处理。室温拉伸试验采用标准的Φ5mm试样，每3根圆棒为1组，在拉伸试样头部截取金相试样，研究时效处理后的组织变化。金相试样采用化学成分配比为1HF-2HNO3-50H2O(vol%)的Kroll试剂腐蚀; 利用OLYMPUS/PMG3型光学显微镜、JSM-6360LV型扫描电镜和H-800型透射电子显微镜对试样进行显微组织分析; 利用INSTRON5581型号的拉伸试验机测定合金在不同工艺处理后的室温拉伸性能; 采用定量金相分析方法测定初生α相的体积分数。