86对ZTA5铸造钛合金材料组织及性能的影响

（编辑：段玉琴）
（上接第３页）
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ
Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
（Ｌｕｏｙａｎｇ
ｏｆ ＺＴＡ５
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｃａｓｔ Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｍａｔｅｒｉａｌ
ｏｎ
ｔｈｅ
￡ＤＵ Ｑ弛忍一ｔａＯ
ＺＴＡ５铸造钍台金材料试样在铸造状态、 ６００。Ｃ退火态、ＨＩＰ态、ＨＩＰ＋６００℃退火态下的 低、高倍组织分别如图Ｉ一４所示。 ＺＴＡ５在铸造状态下金相组织：锯齿状ｎ十
齿状ｎ＋片状ｎ，片状ｕ在比较低的倍数下清晰， 在高倍数下聪约可见，见图４。
添
圈１
ｚ脚诗态组织
■—囊
识
图２
ＺＴＡ５
６００℃退火态组织
作者简介：娄贯涛，男，１９７７年１２月生，２０００年毕业于中国矿业大学，工程师，长期从事铸造钛合金的科研及生产管理工作。
万方数据
材料开发与应用
２０１１年６月
衰ｌ
主要成分
～
４
ＺＴＡ５化学成分检嬲结果（”）％
杂质古量 ｈ
Ｓｉ Ｃ ０ ０１１ Ｎ Ｈ ０ Ｏ
片状ｎ，片状ｎ比较清晰，见图１。
ＺＴＡ５在６００℃进火态下金相组织：锯齿状ａ
衰２
程度地变得平缓，合金组织趋于均匀稳定，这也 是ＺＴＡ５钍合金材料经后处理后铸造残余应力得 到不同程度的消除、材料强度有所提高的主要
原因。
２ ３
ＺＴＡ５在不同状态下的力学性能
ＺＴＡ５铸造钛合金试样在铸造状态和不同后 处理状态下的力学性能如表２所示。
ＺＴＡ５材料不同状态下的力学性能
由表２可以看出．ＺＴＡ５铸造钛合金材料经
ｐｒｏｖｅｄ ａｆｔｅｒ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｒ ＨＩＰ ａｎｄ ｔｈｅ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＺＴＡ５；Ｈｏｔ ｉｓｏｓｔａｔｉｃ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄ－
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ＺＴＡ５ ａｌｌｏｙ ｃａｓｔｉｎｇｓ Ｗａｓ ｉｍ－
ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ
的强度又具有良好的工艺塑性和铸造工艺性能。
一１８０真空电弧炉，熔铸工艺为：（１）熔化稳定阶
段真空度小于５Ｐａ。（２）熔化电流不小于 ２００００Ａ。（３）浇注完毕后冷却２ ｈ后出炉。（４） 浇注方式为静止状态浇注。铸件浇注成型后为
收稿日期：２０１０—１２—１４
取浇注的ＺＴＡ５试样进行化学成分分析，化 学成分检验结果见表ｌ。
ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｄａｔｕｍ Ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．
ｐｒｅｓｓｉｎｇ；Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ
（编辑：段玉琴）
万方数据
Ｓｈｉｐ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ
４７１０３９，Ｃｈｉｎａ）
ｕｎｄｅｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｉｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｓｔ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ＺＴＡＳ ｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｓｏｍｅ ｐｕｌｌ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｓ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ＺＴＡ５ ａｌｌｏｙ ｃａｓｔｉｎｇｓ，ｔｈｅ
ｏｆｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｏｎｇ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ ｏｆ Ｓｉｆａｎｇ ａｔｏｍｉｃ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ
来自百度文库ｐｅｔｅｎｔｉａｌ（ＥＡＭ）ａｎｄ
ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
［ｏ００１］ａｎｄ［０１１０］ｍｏｄｅｌ
ｏｆｔｅｎｓｉｌｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｅｎｓｉｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ
ｎ
＋片状ｎ，片状ｎ在比较低的倍数下清晰，在高 倍数下隐约可见，见图２。 ＺＴＡ５在ＨＩＰ态下金相组织：锯齿状Ⅸ＋片 状ａ，片状ａ在比较低的倍数下隐约可见，在高 倍数下看不到。见图３。
ＺＴＡ５在ＨＩＰ＋６００℃退火态下金相组织：锯
４１基０
０２４ ０ ０２６
０ ０１７ ０ ００ｌ
０９３
２ ２
ＺＴＡ５的在不同状态下的组织
精密铸件规范》，虽然已列入了相关钛合金材料标
准，由于该合金属单相Ｏｔ合金，通常认为热处理对 其组织性能没有影响，该合金铸件通常在铸造或 退火状态下使用，很少研究其在热等静压状态下 及热等静压后退火对其性能及组织的影响。因 此，系统研究该合金材料在不同后处理状态下的 性能及微观组织对实际工程应用具有重要意义。 为该材料实际工程应用提供数据支撑。
产应用，表明其铸造工艺性良好，生产的铸件化 学成分均匀、稳定，但铸造状态下存在一定的程 度的拉应力，对材料强度有不利影响。 （２）ＺＴＡ５铸造钛合金材料在铸造状态下弹 性模量￡最高，达到１３４～１４２ＧＰａ，热等静压状 态弹性模量Ｅ最低，为１１２—１１９ＧＰａ，弹性模量 由最终处理状态决定。 （３）ＺＴＡ５铸造钛合金材料宜在后处理状态 下使用，以消除俦造应力，提高性能和稳定组织． 其最佳使用状态为经热等静压处理。
ｏｆ ｂｏｔｈ ｔｗｏ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔａｉｎｓ
ｆｏｕｒ ｓｔａｇｅｓ，ｅｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｕｎｉｆｏｒｍ ｄｅｖｉａｔｅｓ
ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｎｅｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｓｌｉｐ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｆｅｗ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ
ｃｂＪ
图３
ＺＴＡ５
ＨＩＰ退火态组飒
万方数据
第２６卷第３期
娄贯涛：后处理对ＺＴＡ５铸造钍合盘材料组织厦性能的髟睛
‘３
黧
圈４
ＺＴＡ５
ＨＩＰ＋６∞℃退火态组织
从ＺＴＡ５在不同处理状态下微观组织可以看 出，ＺＴＡ５合金无论在何种处理状态下其金相组 织都为锯齿状ａ＋片状ａ组成，无论是铸造后退 火处理或是热等静压或热等静压后退火处理都 不会改变ＺＴＡ５的相组成，但从不同状态下的 ５００倍金相组织可以看出．无论铸造后经何种后 处理，其铸造状态下的剧烈锯齿状ｎ结构都不同
ｓｔｒｅｓｓ
ｔｈｅ ｓｏｆｔ
ｏｎｅ
ｗｈｅｎ
ｔｅｎｓｉｏｎ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ａｌｏｎｇ［０００１］．Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄｉｎｇ
ａｎｄ
ｓｔｒａｉｎ
ａ舱３．５５ ＧＰａ ａｎｄ ０．０９５ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ
ｏｎｅ．
ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓｔｒａｉｎ ｉｓ ０．５５．Ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｈｅ ｙｉｅｌｄｉｎｇ
２０１１年６月
材料开发与应用 文章编号：１００３．１５４５（２０１１）０３４３００１－０４
后处理对ＺＴＡ５铸造钛合金材料组织及性能的影响
娄贯涛
（中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳４７１０３９）
摘要：本文对ＺＴＡ５铸造钛合金材料在铸造状态和不同后处理状态下的性能和微观组织进行了试验研究。 试验结果表明，该合金在铸造状态下，存在一定的铸造残余拉应力，但经热处理或热等静压后，力学性能有所 提高，力学性能数据分散度有所降低。 关键词：ＺＴＡ５；热等静压；微观组织；力学性能 中图分类号：ＴＧ
相组织图３中看到，图中片状ｎ消失，锯齿状ｎ
平缓。因此．ＺＴＡ５铸件应在后处理状态下使用， 以捎除铸造应力，提高性能和稳定组织，其最佳 使用状态为经热等静压处理。
３结论
（１）ＺＴＡ５铸造戢台金材料经试验研究和生
（下转第７页）
万方数据
第舶卷绪３期
ｌｑ３－８０００－ＥＯ（ｆｆｏｓ）拂ｅ Ｉ－￡００Ｉ：号祭章文
１．２８．Ｔｈｅ
ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ａ－
ｌｏｎｇ［０１ １０］ｔｅｎｓｉｏｎ
ｉｓ ｅａｓｉｅｒ
ａｎｄ
ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｂｅｔｔｅｒ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ｄｙｎａｍｉｃｓ；Ｔｉｔａｎｉｕｍ；Ｔｅｎｓｉｏｎ
１试验材料及方法
试验铸造所用模具为机加工石墨型，石墨型
在ｚＪＲ一１２００Ｍ真空井式退火炉中除气，其工艺 为：９００℃保温４ｈ，然后随炉冷。熔化设备为ＺＮ
２试验结果及分析
２．１
ｚｎ蝤的化学成分
ＺＴＡ５钛合金属Ｏｔ合金，通过单相Ｏｔ稳定元素 ｍ对密排六方ａ相进行固溶强化，灿的加入可以 改善纯钛的铸造工艺性能，因此，该合金既具较高
ｓｔｒｅｓｓ
ｔｅｎｓｉｏｎ ａｌｏｎｇ［０１ １０］，ｔｈｅ ｓｌｉｐ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｌｏｓｅ ｔＯ ｓｏｆｔ
ａｎｄ
ｓｔｒａｉｎ
ａｌｅ
２．４１ ＧＰａ
ａｎｄ
０．０５７ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｒａｅｔｕｒｏ ｓｔｒａｉｎ ｉｓ
１６６．５
文献标识码：Ａ
ＺＴＡ５属单相Ｏｔ型铸造钛合金，在单相０ｔ合金
中有中等强度、良好的热稳定性和可焊性，目前主
消除内部缺陷须进行热等静压处理。热等静压
温度９１０～９３０℃，氩气压力１００～１４０ＭＰａ，保温 时间２～２．５ｈ，随炉冷却至３００℃以下。 力学性能测试试样均从西１６ｒａｍ
Ｘ
要用于船用雷达基座、壳体、螺旋桨、海水泵等铸
张强：金属钛拉伸的分子动力学研究
‘絮・
蜘卿崭赫矗ｉ：ｃｊ； Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＺＨＡＮＧ
（ｃｓｒｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ
ａｎ
ｏｆ Ｔｅｎｓｉｏｎ
ｏｎ
Ｔｉｔａｎｉｕｍ
Ｑｉａｎｇ
Ｃｏ．Ｌｉｄ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６３３１，Ｃｈｉｎａ） ｄｙｎａｍｉｃ（ｒｏＤ）ｍｅｔｈｏｄ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ
参考文献： ［１］周彦帮编著钍台金铸造概论［Ｍ］北京：航空工业
出版社．２∞０
２
遇火处理后，其强度最低值略有提高约ｌｏ～ １５ＭＰａ，塑性指标提高约１％一２％，弹性模量Ｅ 降低１１—１８ＧＰａ，综合性能在经热等静压后达到 最佳状态。其力学性能得到较大提高，延伸率明 显上升，数据分布集中稳定，这一点也可从其金
弹性模量和泊松比试验方法》静态法进行。金相 试样从咖１６ｍｍ×１４０ｍｍ的铸件上横向截取，金
相检验按ＧＢ／Ｔ５１６８—２００８《两相钛合金高低倍 组织检验方法》和ＧＢ／Ｔ６６１ ｌ一２００８（钛及钛合金
术语和金相图谱》进行，实验设备为ＯＬＹＭＰＵＳ ＧＸ７１金相显微镜，浸蚀剂为：５％氢氟酸＋１２％ 硝酸＋８３％水溶液（体积分数）。
造材料。该合金名义成分为Ｔｉ一４Ａ１Ｈ Ｊ，关于铸件 的技术条件和要求已列入ＧＢ６６１４—１９９４（钛及钛 合金铸件》和ＧＪＢ２８９６Ａ一２００７（钛及钛合金熔模
１４０ｍｍ的
铸件上横向截取。拉伸试验按ＧＢ／Ｔ２２８—２００２ 《金属材料室温拉伸试验方法》进行，试样为Ｒ４
试样，弹性模量按ＧＢ／Ｔ２２３１５—２００８《金属材料