TA18钛合金热轧卷热处理工艺研究

刘正乔，江 彪

(湖南湘投金天钛金属股份有限公司，湖南 长沙 410205)

0 引 言

钛及钛合金因其优异的耐蚀性能和高的比强度，广泛应用于航空航天、化工、电力、医疗、体育休闲等领域[1-2]。应用牌号上，除纯钛外，各种低、中、高强度钛合金也有一定比例的应用，TA18钛合金就是其中一种[3-4]。TA18钛合金在ASTM B265标准中对应牌号为Gr.9，是一种具有中等强度的钛合金，在国内也常被称为半TC4，主要以管材形式用作航空压力管道，也有部分以板材形式用于防务等领域[5-6]，但目前鲜有该合金带材制备工艺及热处理工艺的相关报道。

本研究以TA18钛合金热轧带卷为原料，借鉴板材和管材生产经验[7-9]，研究热处理制度对其组织和性能的影响，以确定合适的热处理工艺，旨在为工业化生产提供参考依据。

1 实 验

1.1 实验材料

实验选择经三次自耗电弧熔炼获得的TA18钛合金铸锭，其化学成分如表1所示。铸锭经锻造、热连轧后获得热轧带卷，厚度为7.0 mm，其显微组织及力学性能如图1、表2所示。

表1TA18钛合金铸锭化学成分(w/%)

Table 1 Chemical composition of TA18 titanium alloy ingot

图 1 热轧态TA18钛合金带卷的显微组织Fig.1 Microstructures of TA18 titanium alloy coil by hot rolling：(a)longitudinal；(b)transverse

Table 2 Mechanical properties of TA18 titanium alloy coil by hot rolling

从图1可以看出，TA18钛合金带卷经轧制后获得了典型的轧态组织，视场内组织呈条带状分布，取向明显。从表2可看出，热轧态TA18钛合金带卷强度较高，纵向、横向性能存在差异且纵向强度较低、塑性较高，其中横向塑性指标未能达到ASTM B265标准要求(纵向≥12%，横向≥8%)。

1.2 热处理

采用FR-1236马弗炉进行热处理，该炉控温精度为±5 ℃。将热轧TA18钛合金带卷开平后取样，分别在600、650、700、750、800 ℃下进行热处理，保温时间为30 min，空冷。采用金相显微镜观察热处理后试样的显微组织，并检测力学性能。依据检测结果选出合适的热处理温度，并将样品在该温度下分别保温30、60、120 min，空冷。随后观察热处理后试样的显微组织，并检测其力学性能。

2 结果与讨论

2.1 热处理温度对组织和性能的影响

TA18钛合金带卷样品在600、650、700、750、800 ℃下保温30 min空冷后的显微组织和力学性能如图2和表3所示。从图2可以看出，当退火温度为600 ℃时，试样的组织与热轧轧态基本无区别。随着温度的升高，出现了回复和再结晶转变，其中650 ℃时，纵向组织出现回复特征，横向组织出现细小的再结晶晶粒。当温度进一步升高至750 ℃时，纵向组织实现再结晶，横向组织中晶粒逐步长大。当温度达到800 ℃时，横向与纵向的晶粒进一步长大，且开始呈现不均匀长大现象。与此同时，随着温度的升高，样品的塑性逐步升高，强度逐步降低。

图2 不同温度热处理后TA18钛合金带卷的显微组织Fig.2 Microstructures of TA18 titanium alloy coil after heat treated at different temperatures：(a)600 ℃，longitudinal；(b)600 ℃，transverse；(c)650 ℃，longitudinal；(d)650 ℃，transverse；(e)700 ℃，longitudinal； (f)700 ℃，transverse；(g)750 ℃， longitudinal；(h)750 ℃，transverse；(i)800 ℃， longitudinal；(j)800 ℃，transverse

Table 3 Mechanical properties of TA18 titanium alloy coil after heat treated at different temperatures

2.2 保温时间对组织和性能的影响

根据热处理试验结果，选择合适的退火温度为750 ℃。将TA18钛合金带卷样品在750 ℃下保温60、120 min后，其显微组织和力学性能见图3和表4。从图3可以看出，当保温时间为60 min时，晶粒细小均匀，此时材料的塑性达到较高水平。当保温时间增加到120 min时，晶粒粗大且不均匀，延伸率降低(见表4)。

图 3 TA18钛合金带卷在750 ℃下保温不同时间后 的显微组织Fig.3 Microstructures of TA18 titanium alloy coil heat treated at 750 ℃ with different holding time：(a)60 min， longitudinal；(b)60 min，transverse；(c)120 min， longitudinal；(d)120 min，transverse

Table 4 Mechanical properties of TA18 titanium alloy coil heat treated at 750 ℃ with different holding time

3 结 论

(1)当退火时间为30 min时，随着退火温度的升高，TA18钛合金带卷在650 ℃出现横向组织再结晶，700 ℃时出现纵向组织再结晶。随着温度的升高，晶粒尺寸逐步增加。

(2)TA18钛合金热轧带卷在750 ℃×60 min/AC条件下热处理，可获得较佳的力学性能。