文章编号：1004-0609(2010)S1-s0560-05

Ti-6554钛合金的TTT曲线测定

李成林，于  洋，惠松骁，付艳艳

 (北京有色金属研究院 有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京 100088)

摘  要：采用金相法测定了Ti-6554钛合金的TTT曲线。结果表明：测得等温转变的“鼻温”在540 ℃左右，在此温度时效时，α相析出速度最快，仅需5 min。另外，该合金的时效响应快，在480~600 ℃时效时，α相从亚稳β相中析出的开始时间均少于30 min。

关键词：钛合金；金相法；TTT曲线

中图分类号：TG 146.2　　     文献标志码：A

Determination of TTT curve of Ti-6554 titanium alloy

LI Cheng-lin, YU Yang, HUI Song-xiao, FU Yan-yan

 (State Key Laboratory of Fabrication and Processing for Nonferrous Metals,

General Research Institute for Non-ferrous Metal, Beijing 100088, China)

Abstract: Metallographic method was used for the determination of TTT curve of Ti-6554 titanium alloy. The results show that the ‘nose’ temperature of isothermal transformation is about 540 ℃. When the alloy is aged at 540 ℃, α phase precipitates fastest, and only 5 min is needed. Moreover, this alloy has fast aging response. When the alloy is aged at 480-600 ℃, the beginning time of α phase precipitated from metastable β phase is less than 30 min.

Key words: titanium alloy; metallographic method; isothermal transformation

钛及钛合金的比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、室温高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能优良，是一种很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，钛材加工技术得到了飞速发展，钛合金的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天、舰艇船舶及兵器等领域的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力^[1-6]。

Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金是中国宝钛集团最新研发的一种亚稳定β钛合金，该合金按照多元强化及铝当量与钼当量匹配的原则进行设计。在本研究中，作者采用金相法测定Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金的TTT曲线。

1  实验

实验材料为Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al钛合金，采用真空自耗电弧二次熔炼，铸锭经开坯、锻造、轧制得到d16 mm棒材。采用淬火金相法测得该合金的β相转变温度为780~790 ℃。该合金的化学成分如表1所示。

采用金相法测定合金的TTT曲线。具体做法为：将轧制态合金棒材经800 ℃固溶水淬后，切割成d 16 mm×2 mm薄片试样，分别在电阻炉里进行400~600 ℃，25 min~24 h时效处理，如图1所示。沿横截面切割成d 16 mm×1 mm的薄片，制成金相试样，观察试样中心处的显微组织，确定每个温度时效时，α相开始从β相中析出的时间。金相腐蚀剂采用V(HF): V(HNO₃):V(H₂O)=1:3:7配比溶液，显微组织在Axiovert200 MAT光学显微镜下观察。

表1  Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金的化学成分

Table 1  Chemical composition of Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al alloy (mass fraction, %)

图1  TTT曲线测定方案

Fig.1  Method of determination of TTT curve

2  结果与分析

2.1  β区固溶淬火后的组织

Ti-6554合金经800 ℃, 30 min固溶水淬后的显微组织为单一的等轴状β相，晶粒尺寸在50 μm左右，如图2所示。该β相为一种非平衡组织，也称为亚稳β组织。亚稳β组织与平衡状态的α+β组织在成分上存在差异，因此提供了等温转变的化学驱动力；另一方面，β相向α相转变时，体积会发生变化，产生的体积应变又为等温转变提供了力学驱动力。

图2  Ti-6554合金经800 ℃, 30 min固溶水淬处理后的显微组织

Fig.2  Microstructure of Ti-6554 alloy after solution treatment (800 ℃, 30 min) and water quenching

2.2  等温转变时的组织变化

Ti-6554合金在400~600 ℃时效后的典型组织如图3~11所示。时效过程析出的次生α相呈细小的粒状，首先在晶界处析出，然后在晶内析出。因为晶界处的能量高，α相优先在晶界处析出。

2.3  等温转变曲线

根据图3~11的显微组织照片，得到每一温度时效时α相开始析出的时间，拟合后得到Ti-6554合金的TTT曲线，如图12所示。

TTT曲线可综合反映α相在不同温度下从亚稳β相中析出的等温转变过程，即转变温度、转变开始时间、转变量三者之间的关系。由图12可见，Ti-6554合金等温转变TTT曲线的“鼻温”在540 ℃左右，也就是说，在该温度附近，α相的析出速度最快，仅需5 min。对于钛合金来说，α相的析出速度与相变驱动力密切相关^[7]。在高温时，时效温度比较接近合金的相变转变温度，虽然溶质原子扩散速度较快，但相变驱动力不足，因而α相析出速度较慢；在低温时效时，虽然相变驱动力大，但溶质原子扩散速度较慢，α相析出速度也较慢；当合金在540 ℃左右时效时，相变驱动力和溶质原子扩散速度对α相析出的作用达到最佳配合，因此α相的析出速度达到最快。

图3  Ti-6554合金在400 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.3  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 400 ℃ for different time: (a) 20 h; (b) 24 h

图4  Ti-6554合金在450 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.4  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 450 ℃ for different time: (a) 20 h; (b) 24 h

图5  Ti-6554合金在480 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.5  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 480 ℃ for different time: (a) 20 min; (b) 25 min

图6  Ti-6554合金在500 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.6  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 500 ℃ for different time: (a) 15 min; (b) 30 min

图7  Ti-6554合金在520 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.7  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 520 ℃ for different time: (a) 5 min; (b) 15 min

图8  Ti-6554合金在540 ℃时效5 min后的显微组织

Fig.8  Microstructure of Ti-6554 alloy aged at 540 ℃ for    5 min

另外，合金在480~600 ℃时效时，α相从亚稳β相中析出的开始时间均少于30 min，在540 ℃左右时效时，仅需5 min左右，说明该合金的时效响应快。

图9  Ti-6554合金在550 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.9  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 550 ℃ for different time: (a) 5 min; (b) 10 min

图10  Ti-6554合金在580 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.10  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 580 ℃ for different time: (a) 15 min; (b) 25 min

图11  Ti-6554合金在600 ℃时效不同时间后的显微组织

Fig.11  Microstructures of Ti-6554 alloy aged at 600 ℃ for different time: (a) 20 min; (b) 30 min

图12  Ti-6554合金的TTT曲线

Fig.12  TTT curve of Ti-6554 alloy

3  结论

1) 采用淬火金相法测得Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al钛合金的TTT曲线。等温转变的“鼻温”在540 ℃左右，α相析出仅需5 min。

2) Ti-6554合金的时效响应快。合金在480~600 ℃时效时，α相从亚稳β相中析出的开始时间均少于30 min。

REFERENCES

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(编辑 杨 兵)

通信作者：李成林，电话：010-82241172; E-mail: lichenglin211@163.com