固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响研究

（沈阳博帅材料科技有限公司，辽宁 沈阳 110000）

钛合金Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe，属于(a+b)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。比强度大，比强度sb/g=23.5，其中，强度sb=1.012MPa、密度g=4.4＊103，而合金钢的比强度sb/g小于20。在生产过程中对钛合金型材进行加工，能够有效的改变钛合金的机械性能[1]。钛合金晶粒度细化是保证钛合金加工质量的关键因素，我国对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化影响因素分析的研究起步较早，早在很多年前就有对钛合金型材进行固溶处理的经验，通过改变钛合金中原子排列的方式，分析两者之间存在的关系，取得了一定的研究成果，能够在提高钛合金质量的同时，取得一定的经济效益。为此，本文在此基础上进行固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响研究。希望通过本文研究，为钛合金综合性能的提升提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验所用钛合金为自行研制的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金，该合金铸锭化学成分，如表1所示。

表1 Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金铸锭化学成分

结合表1所示，钛合金在1050℃下开坯，加工成d12mm×2000mm的棒材。

1.2 试验方法

选取d10mm×10mm的钛合金试样，将钛合金试样界面用氧化铝抛光剂进行精抛光，分别在900、950、980和1000℃下加热并保温1.0h[2]。制备好的金相试样，经过腐蚀后放置在干燥器中24h，腐蚀液各成分体积配比为HF：HNO3：水=1:2:6。利用光学显微镜进行钛合金晶粒度细化分析。为保证试验的普遍性，选取3个平行试样，统一进行固溶处理。本文进行的XRD测试在X射线衍射仪上进行。在硫酸盐环境下采用质量分数为2.0%的Na2SO4以及NaHSO4混合溶液开展钛合金晶粒度细化试验。利用25t电液伺服材料试验机对钛合金试样界面进行双面剪切试验，以位移控制加载的方式，将加载速率始终控制在1.21 mm/min，试验过程中重点观察钛合金试样晶粒度细化形态，并通过Wevecetly数据采集系统记录固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响参数。

2 试验结果

为判断固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响，对硫酸盐环境下受腐蚀d10mm×10mm的钛合金试样进行轴心抗压强度测试[3]。

通过建立钛合金试样的本构关系，计算钛合金轴心抗压强度。设钛合金的轴心抗压强度为t，则其计算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，βmax指的是钛合金轴心抗压强度的正态分布；s指的是钛合金固溶处理后出现的局部滑移量；s0指的是钛合金最大的应力对应的局部滑移量。通过公式（1），可计算Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金相应的平均晶粒度，设钛合金相应的平均晶粒度为D，则其计算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，F指的是不同视场测量的截点数测量值；L指的是测量网格的长度，单位为mm。针对公式（2）得出的数据进行误差检测，设测量的相对误差为δ，则其计算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中，指的是相应的95%的置信区间。

根据计算结构，将Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度测量的相对误差δ控制在5%以下，对于常规晶粒度评级，当相对误差小于10%时可认为测量结果有效，故所测晶粒度数据真实可信。在荷载差别不大的情况下，平均以每1个小时为节点，得出测试结果[4]。将得出的测试结果，代入Wevecetly数据采集系统，并将各试验组钛合金晶粒度细化与固溶处理振动功率的对应关系绘制成曲线，如图1所示。

图1 钛合金晶粒度细化与固溶处理振动功率的对应关系

通过图1可知，钛合金晶粒度细化的程度会随着固溶处理振动功率的增加而变大，且一直呈上升趋势。因此，可得出结论：固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化有着积极、正面的影响，能够实现钛合金晶粒度细化。

3 结果分析

本文通过提出的试验，以d10mm×10mm的钛合金试样作为此次试验研究的基准试样，将不同的固溶处理振动功率作为自变量，通过此次试验研究，可知固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化存在一定的可寻找规律，经过一系列的研究得知，通过固溶处理的Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度精细化程度更高。

综上所述，结合金属凝固动力学Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化需要克服较大的能量势垒，而通过固溶处理能够为钛合金晶粒度细化提供驱动力。因此，可以通过固溶处理实现钛合金晶粒度细化，提高钛合金的加工质量。

希望能够通过本文得出的理论依据，为钛合金建筑行业经济效益的提升提供技术指导[5]。

4 结束语

本文开展了固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响研究，针对固溶处理对钛合金晶粒度细化产生的具体影响，得出结论。尽管本文研究已经趋近于完善，但在后期的研究中仍存在一些不足有待解决，有必要加大固溶处理在Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化方面的研究力度。

截止目前，国内外针对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的研究仍存在一些问题，缺少专业性极强的配套试验研究装置，因此在后期的建筑行业市场调研过程中，可以通过对固溶处理的装置优化设计，进一步对固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响提出深入研究，全面探索固溶处理在钛合金晶粒度细化应用中的作用效果。