热处理对TC16钛合金棒材显微组织和力学性能的影响

TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)钛合金是一种紧固件专用钛合金，具有比强度高，对缺口、扭转等应力集中敏感性小，耐蚀性良好和无磁性等优点，被广泛应用于航空航天领域。TC16钛合金紧固件主要有热镦和冷镦两种制备方法，采用冷镦技术不需要使用加热设备和保护介质，生产效率高，而且生产的TC16钛合金紧固件力学性能好，精度高，表面质量好，特别适合大批量生产。研究表明，材料的冷镦变形能力与塑性、剪切强度和组织有关。吴崇周、李兴无等认为TC16钛合金网篮组织和等轴组织在一定条件下都可以按1:4的冷镦比进行冷镦。由于在工业化生产中等轴组织比网篮组织更易控制，因此本工作主要通过调整具有等轴组织的TC16钛合金棒材的热处理制度来优化棒材的显微组织和力学性能，为工业化生产提供借鉴。

采用热轧方式制备的TC16钛合金棒材通常需要通过热处理消除残余应力，软化合金，改善综合性能。研究表明，退火时TC16钛合金的塑性因再结晶程度增加而提高，而后随着晶粒的长大而降低5。在两相区较低温度下热处理时，由于只发生回复和再结晶，晶粒仍然很细小，其塑性较好，强度也较高。因此，TC16钛合金棒材的热处理温度一般选择780°C左右。

TC16钛合金棒材加工态与不同温度双重热处理后的室温力学性能对比图。从图5b可以看出，经双重热处理后，随着第二级退火温度的下降，TC16钛合金棒材的室温强度呈现递增的现象，而塑性呈现递减的现象。从图3中的显微组织可以看出，经过双重热处理后，第二级温度越低，晶粒越细小，使得强度上升，但由于组织均匀性较差，导致塑性下降。将双重热处理和炉冷处理的TC16钛合金小棒材的性能数据进行对比可以发现，双重热处理后TC16钛合金棒材的强度明显高于炉冷处理，但塑性有所降低，尤其是第二级退火温度为550°C时。这与初生a相的比例和等轴化程度有关。

TC16钛合金棒材加工态与780C保温2h、不同方式冷却后的室温力学性能对比图。可以看出，不同的冷却方式对TC16钛合金棒材抗拉强度Rm和剪切强度t的影响不明显，但水冷时塑性指标4和Z出现极小值。这与冷却过程中马氏体的分解和次生相的析出有关，水冷时马氏体未发生分解，次生相来不及析出（见图4),导致塑性下降。TC16钛合金棒材在780C保温2h,炉冷至530C后空冷的综合性能较好。

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