硼對(duì)Ti-1023合金組織與性能的影響

鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，在航空、船舶等領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴(kuò)大。但鑄態(tài)鈦合金晶粒粗大，需要經(jīng)過(guò)較多火次的開(kāi)坯與改鍛來(lái)破碎晶粒，成本較高。近年來(lái)，關(guān)于硼改性鈦合金的研究工作一直在進(jìn)行。現(xiàn)有的硼元素對(duì)鈦合金組織與性能的研究大部分是針對(duì)TiAl合金、鑄態(tài)以及軋制態(tài)Ti-6Al-4V合金等，對(duì)于β型鈦合金的研究較少。

Ti-1023是一種近β型鈦合金，為制得性能良好的鍛件，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的開(kāi)坯、改鍛及熱處理工序來(lái)細(xì)化組織，獲得強(qiáng)度-塑性-韌性等匹配的綜合性能，成本較高。在鈦合金中添加一定量的硼，生成的TiB相能釘軋晶界，細(xì)化鑄態(tài)組織，阻礙后續(xù)熱加工與熱處理過(guò)程中原始β晶粒的長(zhǎng)大。這樣可以有效減小晶粒尺寸，減少鍛造火次，簡(jiǎn)化開(kāi)坯改鍛工藝，從而降低生產(chǎn)成本，具有很強(qiáng)的實(shí)際意義。研究人員以Ti-1023合金為對(duì)象，通過(guò)在合金熔煉原料中添加一定量的硼，對(duì)熔煉出來(lái)的鑄錠進(jìn)行適當(dāng)變形，研究硼元素對(duì)鑄態(tài)和鍛態(tài)Ti-1023合金組織與性能的影響，為硼元素在鈦合金中的應(yīng)用研究提供參考。

研究設(shè)計(jì)的硼元素添加量分別為0、0.05%、0.1%、0.2%。原料為0級(jí)海綿鈦、Al-V-Fe三元合金、硼粉，采用真空自耗電弧爐進(jìn)行3次熔煉，得到4種成分的Ti-1023合金鑄錠。對(duì)鑄錠取樣進(jìn)行低倍組織分析。采用金相法測(cè)得3種含硼鈦合金的相變點(diǎn)均在790±3℃，與Ti-1023合金相當(dāng)。

鑄錠在1150℃進(jìn)行開(kāi)坯、3火次鐓拔，在920℃進(jìn)行3火次鐓拔，隨后在兩相區(qū)進(jìn)行2火次鐓拔。每火次變形量均為40%～50%，最終獲得尺寸為Φ106mm×180mm的棒材。對(duì)在兩相區(qū)1火次變形的棒材取樣，在JXA8100電子探針上進(jìn)行硼化物分析。在兩相區(qū)1火次變形后在780、800℃淬火的棒材及2火次變形后經(jīng)固溶+時(shí)效處理（765℃×2h/WQ+515℃×8h/AC）的棒材心部分別取金相試樣，利用金相顯微鏡、電子探針、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)其進(jìn)行宏觀、微觀組織及性能分析。試驗(yàn)結(jié)果如下：

　?。?）硼元素作為一種高效的細(xì)化劑，能顯著細(xì)化Ti-1023鑄造鈦合金組織。

　　（2）在亞共晶鈦合金中，硼化物主要為T(mén)iB，傾向于以鏈狀析出，對(duì)其進(jìn)行充分的變形，能使其充分破碎。

　　（3）硼對(duì)鈦合金力學(xué)性能的影響較大，Ti-1023合金對(duì)硼元素高度敏感，微量的硼就能顯著增大鈦合金的強(qiáng)度，硼含量在0.1%到0.2%之間時(shí)，抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度波動(dòng)不大，但是塑性顯著下降。為了得到良好的強(qiáng)度-塑性匹配，最佳硼添加量不應(yīng)大于0.1%。