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    TA10鈦合金板材的熱處理工藝研究

    在高溫、高濃度的氯化物中,純鈦會發生縫隙腐蝕,影響使用壽命。為了解決純鈦在高溫、高濃度氯化物中的縫隙腐蝕問題,人們研制了一種新型鈦...

    在高溫、高濃度的氯化物中,純鈦會發生縫隙腐蝕,影響使用壽命。為了解決純鈦在高溫、高濃度氯化物中的縫隙腐蝕問題,人們研制了一種新型鈦合金—Ti-0.2Pd合金。20世紀70年代中期,美國鈦金屬公司研制了Ti-0.3Mo-0.8Ni合金。該合金為近α型鈦合金,在高溫、高濃度氯化物中具有良好的抗縫隙腐蝕能力,可以部分取代成本較高的Ti-0.2Pd合金,已被美國、英國、俄羅斯、日本、法國、德國等國家列入了國家標準,并投入工業化生產。


      20世紀80年代,我國開始對Ti-0.3Mo-0.8Ni合金進行材料加工和應用方面的研究,也將其列入我國國家標準(對應我國牌號TA10),并在純鈦可能出現縫隙腐蝕的環境中得到了應用。如1985年3月首次應用于湘澧鹽礦真空制鹽的一效加熱室,1986年4月應用于塘沽鹽場氯化鎂蒸發罐的加熱室。


      某公司承接了國外某鉀肥工程生產裝置用鈦鋼復合材料的訂單。該復合材料覆層為3mm厚的TA10鈦合金板材。根據GB/T3621-2007《鈦及鈦合金板材》標準,常規板材需滿足A類要求,斷后伸長率達到18%即可,而后續用于爆炸焊接的板材需滿足B類要求,斷后伸長率應達到25%以上。為保證爆炸復合工藝對鈦合金板材塑性的要求,可采用硬度低的0級海綿鈦作為原料生產板材,以達到后續工序對塑性指標的要求,但這樣勢必會增加原材料的成本??蒲腥藛T采用2級海綿鈦作為原料制備TA10鈦合金板材,通過研究不同熱處理制度對TA10鈦合金板材組織和性能的影響,探尋合適的熱處理制度,以期獲得塑性指標能夠滿足后續爆炸復合工藝要求的TA10鈦合金板材。


      實驗材料為2級海綿鈦、鎳-鉬中間合金,經過兩次真空自耗熔煉制備直徑為560mm的TA10鈦合金鑄錠。鑄錠經鍛造開坯、銑面、修磨等工序制成熱軋板坯,再在1680軋機上經兩火軋制成3.0mm厚的板材。


      熱處理試驗采用SX2-2.5-10型電阻爐,溫度誤差±5℃。TA10鈦合金為近α型合金,冷卻速度對其組織和性能影響不大,退火溫度一般應選擇在α+β/β相變點以下120~200℃。因此,在3.0mm厚熱軋TA10鈦合金板材上切取熱處理試樣,進行不同溫度退火處理,退火溫度分別為550、600、650、700、750、800℃,保溫時間均為30min,冷卻方式為空冷。在退火后的板材上取樣,進行顯微組織觀察和力學性能測試,探尋合適的退火溫度。在優選的退火溫度下,進行不同保溫時間的退火處理,保溫時間分別為15、30、60、120、180min。取樣觀察不同時間退火后板材的顯微組織并測試力學性能,最終獲得合適的熱處理制度。試驗結果表明:


      (1)熱處理溫度達到600℃時,TA10鈦合金板材組織可以得到較好回復,但塑性較差。若需獲得較好的塑性,滿足爆炸復合用鈦板的使用要求,則需進行較高溫度(700~750℃)的熱處理。


      (2)熱處理溫度一定時,保溫時間對TA10鈦合金板材的強度影響不大,但對塑性影響顯著。


      (3)對于3mm厚TA10鈦合金熱軋板材,經過(700~750)℃×(30~60)min/AC退火處理后,可以獲得較為均勻的等軸α相和較好的綜合力學性能,滿足爆炸復合用鈦板的使用要求。


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