TC18鈦合金為高合金化、深度淬透性的過(guò)渡型α+β鈦合金，具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的塑性和焊接性的特點(diǎn)，俄羅斯牌號(hào)為BT22，由前蘇聯(lián)航空材料研究院（BHAM）于1974年開(kāi)發(fā)成功，名義成分為T(mén)i-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe。

TC18鈦合金一般在退火狀態(tài)下使用，強(qiáng)度水平與TC4、TC6等鈦合金固溶時(shí)效狀態(tài)的強(qiáng)度相當(dāng)，也可以通過(guò)固溶時(shí)效進(jìn)行強(qiáng)化，其半成品包括板材、棒材、擠壓型材和鍛件，國(guó)外已將其廣泛應(yīng)用于制備大型機(jī)起落架橫梁、機(jī)身對(duì)接框等主承力結(jié)構(gòu)件，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中用TC18鈦合金代替高強(qiáng)鋼或TC4鈦合金，可減重15%～20%。

以下介紹航空用TC18鈦合金鍛餅的制備工藝，重點(diǎn)研究了雙重退火時(shí)采用不同的第一級(jí)高溫退火溫度對(duì)于TC18鈦合金組織及性能的影響，從而為T(mén)C18鍛件熱處理工藝的確定提供依據(jù)。

1、實(shí)驗(yàn)方法

1.1 合金的熔煉

原材料選用0級(jí)海綿鈦、AlMo合金、AlV合金及純Fe、純Cr，采用真空自耗電爐經(jīng)三次熔煉得到Φ440mm×1800mm鑄錠，鑄錠的化學(xué)成分見(jiàn)表1所示。

1.2 餅材的鍛造

鑄錠在β相區(qū)開(kāi)坯鍛造成Φ230mm，然后用鋸床切成Φ230mm×310mm的餅坯；在β相區(qū)將餅坯鐓粗到Φ320mm×160mm，再換向拔長(zhǎng)成到Φ230mm×310mm，重復(fù)三次；成品的鍛造溫度在α+β兩相區(qū)，采用邊鐓粗邊滾圓，最后鍛成Φ400mm×90mm餅材。

1.3 鍛餅的熱處理

對(duì)于TC18鈦合金鍛件，推薦的熱處理制度為雙重退火，即第一級(jí)高溫退火：820～850℃，保溫1～3 h，爐冷至740～760℃，保溫1～3 h，空冷；第二級(jí)低溫退火：加熱至500～650℃，保溫2～6 h，空冷。

為了研究第一級(jí)高溫退火溫度對(duì)于雙重退火組織及性能的影響，分別采用試驗(yàn)a和試驗(yàn)b進(jìn)行雙重退火試驗(yàn)。

從鍛造后的Φ400mm×90mm餅材上，切取縱向和橫向試樣。試樣經(jīng)熱處理后，用光學(xué)顯微鏡觀察顯微組織，進(jìn)行室溫力學(xué)性能測(cè)試。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 TC18鈦合金雙重退火的顯微組織

試驗(yàn)a的雙重退火態(tài)組織由初生αp相和β基體組成（見(jiàn)圖1a），初生αp相均勻分布，呈等軸狀，次生αs相較細(xì)小，不易分辨，所有的β晶界已充分破碎。試驗(yàn)b的雙重退火態(tài)組織中出現(xiàn)大量的片狀次生αs相（見(jiàn)圖2b），初生等軸αp相增粗，且比例減少。

研究表明，TC18鈦合金雙重退火時(shí)，第一級(jí)較高溫度的固溶退火是為了保留一定數(shù)量的亞穩(wěn)定相，同時(shí)鍛壓變形的合金發(fā)生再結(jié)晶，隨后較低溫度的保溫是組織穩(wěn)定化處理，為后續(xù)的第二級(jí)時(shí)效退火做準(zhǔn)備。

初生αp相是在第一級(jí)較高溫度的退火所形成的，在空冷過(guò)程中保留下來(lái)，次生αs相是由高溫時(shí)的β相在空冷過(guò)程轉(zhuǎn)變得到的。第一級(jí)的高溫退火溫度越高，初生αp相含量就越少，β相含量就越多，由其轉(zhuǎn)變得到的次生αs相也就越多，因此820℃的第一級(jí)退火與850℃的第一級(jí)退火比較，后者雙重退火態(tài)組織中的初生αp相減少，次生αs相增多。

2.2 TC18鈦合金雙重退火的力學(xué)性能

兩種雙重退火試驗(yàn)后，TC18鈦合金的力學(xué)性能見(jiàn)表2。

可以看出，隨著第一級(jí)高溫退火溫度由820℃提高到850℃，拉伸強(qiáng)度有一定的提高，塑性有所降低。這是由于隨著第一級(jí)高溫退火溫度的升高，初生αp相減少而片狀次生αs相的數(shù)量隨之增加，兩相間的界面增多，造成第二相強(qiáng)化效應(yīng)增強(qiáng)，使得合金的強(qiáng)度升高。條狀界面阻礙位錯(cuò)的滑移，位錯(cuò)不易繞過(guò)片狀αp相，引起變形困難，因此塑性降低。

同時(shí)，隨著第一級(jí)高溫退火溫度由820℃提高到850℃，沖擊韌性和斷裂韌性有所降低。這是由于等軸αp相含量減少，片狀次生αs相的數(shù)量增加，裂紋擴(kuò)展的路徑曲折度減少，降低了斷裂時(shí)需要的能量，因此沖擊韌性和斷裂韌性降低。

對(duì)比試驗(yàn)a與試驗(yàn)b，前者的雙重退火態(tài)TC18合金具有優(yōu)良的室溫力學(xué)性能，并且得到理想的的強(qiáng)韌度匹配，其組織及性能完全符合航空用鈦及鈦合金鍛件規(guī)范（GJBT2744A-2007）的要求。

3、結(jié) 論

①提高第一級(jí)高溫退火溫度，雙重退火后初生等軸αp相減少，次生片狀αs相含量增多；同時(shí)拉伸強(qiáng)度有一定的提高，塑性降低，沖擊韌性和斷裂韌性也有所降低。

②采用820℃×2h，F(xiàn)C至750℃×2h，AC；580℃×3h，AC的雙重退火工藝，TC18鈦合金鍛餅具有優(yōu)良的室溫力學(xué)性能，可得到理想的的強(qiáng)韌度匹配。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于蘭蘭，毛小南，趙永慶，等.熱變形行為與BT22鈦合金的組織演變[J].稀有金屬材料與工程，2007，（3）.

[2] 沙愛(ài)學(xué)，李興元，王慶如，等.熱變形溫度對(duì)TC18鈦合金顯微組織和力學(xué)性能的影響[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2005，（8）.

[3] 王曉燕，郭鴻鎮(zhèn)，姚澤坤，等.雙重退火對(duì)TC18鈦合金等溫鍛件組織性能的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2009，（1）.

相關(guān)鏈接