不同热处理工艺对BT23钛合金棒材显微组织及力学性能的影响

马元杰　刘继雄　魏高燕　朱玉香

摘 要：文章研究了不同热处理工艺对BT23（Ti-6Al-2Mo-4.5V-1Cr-0.7Fe）合金显微组织及力学性能的影响。试验结果表明，再结晶退火并不能强化BT23钛合金，而固溶+时效热处理可以起到明显强化效果。随着固溶温度的提高，BT23合金强度及硬度提高，塑性及剪切强度下降。

关键词：BT23合金；再结晶退火；固溶温度；室温拉伸；硬度；剪切强度；显微组织

中图分类号：TG1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）04-0103-03

Abstract： The effects of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of BT23 （Ti-6Al-2Mo-4.5V-1Cr-0.7Fe） alloy were studied. The results show that recrystallization annealing can not strengthen the BT23 titanium alloy， but solution+aging heat treatment can play a significant strengthening effect. With the increase of solution temperature， the strength and hardness of BT23 alloy increase， while the plasticity and shear strength decrease.

Keywords： BT23 alloy； recrystallization annealing； solution temperature； room temperature tensile； hardness； shear strength； microstructure

BT23合金，作为Ti-Al-Mo-4V-Cr-Fe系钛合金中的典型牌号，其名义成分为Ti-6Al-2Mo-4.5V-1Cr-0.7Fe。是一种中等合金化的马氏体型α+β钛合金，由前苏联于1969年研制成功。由于含有大量的β稳定元素，压力加工时具有高的工艺塑性和显著的时效强化效应，该合金具有高强、高的抗裂性和良好的焊接性能。BT23钛合金的使用状态为退火和热强化态（水淬+时效）。BT23钛合金可制作半成品薄板、棒材、锻件、模锻件、管件和其他半成品。在前苏联已列入航空部门OCT标准中进行工业化生产，并在航空和航天部门获得广泛应用[1]。

BT23钛合金当中，Al是钛合金中最重要的固溶强化元素，可提高其室温和高温强度、α/β相变点，再结晶温度、弹性模量等。若Al添加量超过7.5%，会导致α2（Ti3Al）相的析出，降低合金塑性、韧性及热稳定性。Mo元素提高合金强度、耐热性、耐蚀性和淬透性，且含量越高，淬透性越好。但Mo含量过大，易形成夹杂和偏析，对合金的塑性、抗氧化性和可焊性不利。V与β钛形成无限固溶体，在α钛中有限固溶，固溶度随着温度降低而略增加，不存在过饱和α相分解问题，可提高室温强度、淬透性和冷成形性，而不降低合金的塑性，是中强和高强钛合金最常用的添加元素。Cr元素在β钛中无限固溶，在670℃发生β→α+TiCr共析转变，主要起固溶强化作用，可提高合金的塑性、韧性和淬透性，但易偏析，形成β斑。Fe作为最强的慢共析β稳定元素，每添加1%的Fe，α/β相变点下降约18℃，可显著提高钛合金的淬透性。在590℃发生β→α+TiFe共析转变，TiFe相析出会大幅降低合金的塑性、韧性。另外Fe易形成偏析和β斑等冶金缺陷。

BT23合金添加了适量的Al、Mo、V、Cr、Fe等合金元素，Mo当量为7.88，淬透性为2.89，达到了强化合金、提高淬透性的同时，避免了由于Mo、Cr、Fe元素的添加带来的冶金缺陷。

本文通过研究不同热处理工艺，对BT23钛合金显微组织、室温拉伸、剪切强度、硬度等性能的影响，对小规格BT23棒材的生产具有重要意义。

1 试验材料、设备及方法

试验用料为宝鸡钛业股份有限公司生产的规格：Ф18mm轧制棒材，轧制温度在β转-40℃，变形量为85%左右。棒材化学成分如表1，β相变点的实测值为：910℃～920℃。原始棒材显微组织如图1所示。固溶时效热处理制度如表2所示。

2 试验结果及分析

不同热处理工艺获得的BT23合金棒材的显微组织如图2所示。从图可以看出，再结晶退火相较热加工态的BT23合金组织无明显变化；但经固溶时效处理后，合金组织變化显著，即较低温度固溶并时效后，出现不连续的网状α相，同时析出次生α相。随着固溶温度的升高，并经相同时效制度处理后，初生及次生α相逐渐减少。

2.1 热处理工艺对显微组织的影响（见图2）

2.2 热处理工艺对室温力学性能的影响

不同热处理工艺对合金室温力学性能的影响见表3和图3～6。可以看出，合金在进行再结晶退火时，会出现明显的软化，即强度、硬度降低，塑性提高的现象。合金经固溶时效处理后，强化效果明显，在相同时效制度下，合金抗拉、屈服强度、硬度随固溶温度升高而升高，塑性、剪切强度随固溶温度升高而降低。

3 结论

两相区轧制的小规格BT23合金棒材，再结晶退火不能强化合金，反而会使合金强度、硬度降低，塑性、剪切强度提高。在相同时效制度下，合金的强度、硬度随固溶温度的升高而升高，塑性、剪切强度则随固溶温度升高而降低。

参考文献：

[1]莱茵斯C，皮特尔斯M.钛及钛合金[M].陈振华，译.北京：化工出版社，2005：300.

[2]莫代谢耶夫.钛合金在俄罗斯飞机及航空航天上的应用[M].董宝明，译.北京：航空工业出版社，2008.