钛和铌都是20世纪中期生长起来的主要有数金属，，，，，，，，在耐蚀、耐高温、超导、生物相容性等方面具有优异特征。。。。。。。。Ti47Nb可作为二级串联战斗部的前级药型罩备选质料[1]，，，，，，，，TiNb影象合金作为生物医用质料具有辽阔的应用远景[2]，，，，，，，，Ti45Nb合金作为一种铆钉质料在空客和波音飞机上被大宗应用[3]，，，，，，，，Ti53Nb合金主要用于制备超导线质料[4]。。。。。。。。Nb元素是钛合金的β相稳固元素，，，，，，，，当钛合金Mo当量＞2.8，，，，，，，，即Nb元素的质量分数＞10时，，，，，，，，能形成β型钛合金[5]。。。。。。。。随着Nb质量分数的增添，，，，，，，，钛合金β相形成能力逐渐增强，，，，，，，，当Nb元素质量分数＞42时，，，，，，，，合金纵然在水淬条件下也可获得简单的β相，，，，，，，，而当Nb元素质量分数＜42时，，，，，，，，差别的热加工工艺和热处置惩罚会有差别的第二相析出[6-8]。。。。。。。。Ti20Nb是某公司最新研发的一种β钛合金，，，，，，，，具有低弹性模量、中等强度、高韧性、高疲劳强度和抗侵蚀性，，，，，，，，是一种综合性能优异的新型钛合金。。。。。。。。为相识该合金的加工性能，，，，，，，，及其与组织和性能之间的关系，，，，，，，，本文针对Ti20Nb的挤压棒材举行了相变点以上和相变点以下的差别热处置惩罚制度，，，，，，，，同时对挤压棒材举行差别加工率的径锻，，，，，，，，对径锻后的棒材举行退火热处置惩罚，，，，，，，，探索其加工率、力学性能、硬度和显微组织以及断口形貌之间的影响机理，，，，，，，，为指导生产提供理论依据。。。。。。。。

1、试验质料及工艺

1.1质料准备

试验用Ti20Nb钛合金棒料为自制质料。。。。。。。。试验质料为海绵钛和铌钛中心合金，，，，，，，，接纳真空自耗电弧炉熔炼3次，，，，，，，，制备出规格为φ600mm的Ti20Nb钛合金铸锭，，，，，，，，其化学因素见表1。。。。。。。。

使用升温金相法测得Ti20Nb钛合金的相变点为（800±5）℃，，，，，，，，对φ600mm的合金铸锭举行6火次铸造后，，，，，，，，制备出φ155mm棒坯，，，，，，，，然后在16MN卧式挤压机上挤压成型，，，，，，，，获得φ70mm棒材。。。。。。。。Ti20Nb钛合金φ70mm棒材经由退火处置惩罚后，，，，，，，，在SXP-130卧式径向铸造机上经由差别加工率的铸造，，，，，，，，划分获得φ50mm（加工率49%）、φ40mm（加工率67%）、φ30mm（加工率82%）、φ20mm（加工率92%）的Ti20Nb钛合金棒材。。。。。。。。

1.2试验要领

在φ70mm棒材上举行线切割，，，，，，，，划分获得尺寸为φ9mm×125mm的拉伸试样和尺寸为φ9mm×10mm的金相试样，，，，，，，，在SX2系列箱式电阻炉和1.2m真空退火炉中划分举行850℃保温1h水冷的固溶处置惩罚和700℃保温1h随炉冷却的退火处置惩罚。。。。。。。。同样，，，，，，，，划分在φ50、φ40、φ30、φ20mm棒材上举行线切割，，，，，，，，划分获得尺寸为φ9mm×125mm的拉伸试样和尺寸为φ9mm×10mm的金相试样，，，，，，，，在1.2m真空退火炉中举行650℃保温1h随炉冷却的退火处置惩罚。。。。。。。。

将热处置惩罚前后的金相试样打磨、抛光后，，，，，，，，在HF：HNO₃∶H₂O=1∶3∶7（体积比）侵蚀剂中侵蚀，，，，，，，，接纳LeicaMM-6型光学显微镜视察显微组织。。。。。。。。之后，，，，，，，，在HMV-2T岛津显微硬度计上测试试样的硬度，，，，，，，，测试条件为1kg/30s。。。。。。。。凭证GB/T228.1-2010，，，，，，，，接纳INSTRON4505型万能试验机对热处置惩罚前后的拉伸试样举行拉伸试验，，，，，，，，试样标距为25mm，，，，，，，，拉伸速率为2mm/min，，，，，，，，测得试样的抗拉强度Rm、屈服强度Rp0.2、伸长率A和断面缩短率Z。。。。。。。。截取拉伸试样的断口部位，，，，，，，，接纳JEOLJSM-5610LV扫描电子显微镜视察拉伸断口的外貌形貌。。。。。。。。

2、试验效果与剖析

2.1热处置惩罚制度对显微组织的影响

铌与β钛具有统一晶格类型，，，，，，，，铌在β钛中是无限固溶的。。。。。。。。在600℃时铌在α钛中的固溶度为4%，，，，，，，，当铌含量凌驾50%时，，，，，，，，则形成简单β固溶体。。。。。。。。β稳固元素铌可显著降低钛的α+β/β相变点，，，，，，，，同时降低钛的马氏体转变最先温度（Ms点）。。。。。。。。当铌在钛中的含量抵达22.6at%时，，，，，，，，可使钛的Ms点降低到室温。。。。。。。。当合金由β相区快速冷却到室温时，，，，，，，，可将高温β相保存到室温[9]。。。。。。。。Ti20Nb钛合金φ70mm棒材为近β型，，，，，，，，其挤压态、经由相变点以上固溶和相变点以下退火热处置惩罚后的显微组织如图1所示。。。。。。。。由于是挤压棒材，，，，，，，，显着具有典范的热加工组织（图1（a）），，，，，，，，挤压态和退火态仍然保存了显着的加工流线。。。。。。。。经由850℃保温1h快速水冷后，，，，，，，，组织长大显着，，，，，，，，由图1（b）可见，，，，，，，，晶粒度基本抵达了几百个微米，，，，，，，，并且毗连成块，，，，，，，，在大块的β相内有显著的针状马氏体组织。。。。。。。。这种淬火ω相是β稳固元素在α-Ti中的一种过饱和固溶体，，，，，，，，是溶质贫化型亚稳固β钛合金在难于直接析出α相的情形下而形成的一种亚稳相，，，，，，，，为β相析出α相的过渡相，，，，，，，，α相在较慢的冷却速率下即可获得[10]。。。。。。。。

Ti20Nb钛合金φ70mm棒材在16MN卧式挤压机挤压时强盛的挤压变形热群集，，，，，，，，导致棒材心部位置散热不实时，，，，，，，，在短暂的挤压历程中爆发了动态再结晶历程。。。。。。。。由图1（a）可见，，，，，，，，差别区域泛起了一些点状的、亮白的等轴组织，，，，，，，，晶粒巨细抵达了20～50μm。。。。。。。。

经由700℃×1h的退火后，，，，，，，，等轴组织更匀称，，，，，，，，晶粒巨细抵达了15～35μm（图1（c））。。。。。。。。

图2为Ti20Nb钛合金φ70mm棒材经由差别加工率后，，，，，，，，经650℃/1h退火处置惩罚后的显微组织。。。。。。。。从图2（a）可看出，，，，，，，，φ50mm棒材显着爆发了大宗的再结晶，，，，，，，，显微组织泛起为等轴组织，，，，，，，，晶粒尺寸在1～10μm漫衍，，，，，，，，有些再结晶组织还爆发了团圆、长大。。。。。。。。当加工率增大到67%时（图2（b）），，，，，，，，等轴组织变得越发细小，，，，，，，，并且由于变形的作用，，，，，，，，原先的等轴组织差别水平的被拉长、拉细，，，，，，，，泛起出显着的纤维化。。。。。。。。当加工率抵达82%、92%，，，，，，，，Ti20Nb钛合金棒材的晶粒进一步被破碎、细化，，，，，，，，晶粒被细化，，，，，，，，晶粒尺寸约莫在1～5μm。。。。。。。。

2.2热处置惩罚和加工率对维氏硬度和拉伸性能的影响

Ti20Nb棒材差别状态下的维氏硬度见表2。。。。。。。。从表2可以看出，，，，，，，，φ70mm的挤压棒材经由固溶处置惩罚后，，，，，，，，维氏硬度提高较大，，，，，，，，而经由退火热处置惩罚后硬度反而下降，，，，，，，，说明Ti20Nb钛合金挤压棒材经由相变点以上固溶处置惩罚后由于爆发了显着的组织转变和长大，，，，，，，，质料的硬度增大迅速。。。。。。。。而经由低于相变点以下的退火处置惩罚后，，，，，，，，进一步消除了挤压历程中的剩余内应力，，，，，，，，组织未爆发显着转变，，，，，，，，质料的硬度缓慢下降。。。。。。。。差别加工率的径锻棒材，，，，，，，，随着加工率的增添，，，，，，，，棒材的硬度泛起缓慢增添的趋势，，，，，，，，这主要是由于晶粒进一步被破碎、细化、再结晶引起的细晶强化作用所致。。。。。。。。

图3为Ti20Nb棒材在差别热处置惩罚态的拉伸性能。。。。。。。。φ70mm挤压棒材经由固溶处置惩罚后强度提升、塑性下降，，，，，，，，而经由退火处置惩罚后强度下降、塑性提高。。。。。。。。

φ70mm棒材经由67%以上的径锻加工后，，，，，，，，随着加工率的提高，，，，，，，，强度和塑性都在缓慢提升。。。。。。。。关于钛金属质料，，，，，，，，差别的加工方法和热处置惩罚后获得差别的组织，，，，，，，，组织则决议性能。。。。。。。。经由固溶处置惩罚后，，，，，，，，粗大的β相导致φ70mm固溶态的抗拉强度和屈服强度显著提高，，，，，，，，伸长率和断面缩短率显着下降。。。。。。。。退火热处置惩罚有用降低了热挤压加工后的剩余应力，，，，，，，，以是φ70mm退火态的抗拉强度和屈服强度降低，，，，，，，，伸长率和断面缩短率提高。。。。。。。。φ70mm的Ti20Nb挤压棒材经由67%以上大加工率径锻后，，，，，，，，晶粒爆发强烈畸变，，，，，，，，爆发很大的变形储能，，，，，，，，再结晶温度也随着变形水平的增添而降低，，，，，，，，经由相同温度的退火处置惩罚后，，，，，，，，φ20mm棒材的抗拉强度抵达705MPa，，，，，，，，屈服强度抵达564MPa，，，，，，，，伸长率为20%，，，，，，，，断面缩短率为66%。。。。。。。。

2.3加工率对断口形貌的影响

断口外貌真实地纪录着整个断裂历程（从裂纹的萌生、扩展、直至最后开裂）的情形和特征[11]。。。。。。。。以宏观目测的方法视察Ti20Nb钛合金棒材的拉伸断口时发明，，，，，，，，试样有显着的缩颈，，，，，，，，为杯锥状断口，，，，，，，，裂纹起始于中心区域，，，，，，，，由中心区域向周围扩展，，，，，，，，形成灰色粗糙的纤维区域，，，，，，，，周围为剪切唇，，，，，，，，其外貌灼烁平滑。。。。。。。。接纳EOLJSM-5610LV扫描电子显微镜对Ti20Nb钛合金棒材的室温拉伸试样断口举行微观形貌扫描，，，，，，，，效果见图4。。。。。。。。

从图4可显着看出，，，，，，，，巨细不等的圆形或椭圆形的凹坑-韧窝为典范的等轴韧窝，，，，，，，，窝内无显着的成核质点，，，，，，，，剪切唇区韧窝较浅，，，，，，，，有的有偏向性，，，，，，，，有的无显着偏向性。。。。。。。。等轴韧窝是在拉伸正应力作用下形成的，，，，，，，，应力在整个断口外貌上漫衍匀称，，，，，，，，显微朴陋沿空间3个偏向上匀称长大，，，，，，，，形成等轴韧窝。。。。。。。。这是由于金属中一样平常总保存着与金属相物理上差别的夹杂物颗粒，，，，，，，，这相当于在金属基体上漫衍着一连串朴陋，，，，，，，，金属在外力作用下爆发塑性延伸时会使这种朴陋扩大，，，，，，，，朴陋间的质料爆发颈缩，，，，，，，，使毗连的质料遭受强烈的剪切。。。。。。。。随着质料继续延伸，，，，，，，，剩下的就是朴陋之间破碎线的薄脊。。。。。。。。最后末尾的毗连部分也被拉开，，，，，，，，留下两个散布着韧窝名堂的断口[12]。。。。。。。。

Ti20Nb钛合金棒材由于加工率差别，，，，，，，，且试样局部区域受力状态重大，，，，，，，，因此在断口上泛起了差别形状的韧窝。。。。。。。。韧窝的巨细、深浅及数目主要取决于质料的塑性，，，，，，，，φ20、φ30mm的Ti20Nb棒材的韧窝比φ40、φ50mm的要大一点、深一些。。。。。。。。韧窝的深度主要受质料塑性变形能力的影响，，，，，，，，质料的塑性变形能力大，，，，，，，，则韧窝深度大，，，，，，，，反之韧窝深度小。。。。。。。。从图3（b）中可获得印证，，，，，，，，当加工率由67%提升到92%时，，，，，，，，棒材的伸长率和端面缩短率逐步增添，，，，，，，，不过这种增添的趋势较量平缓。。。。。。。。

3、结论

（1）钛铌合金挤压棒材在相变点以上固溶处置惩罚时，，，，，，，，组织长大显着，，，，，，，，在大块的β相内有显著的针状马氏体组织。。。。。。。。随着径锻加工率的提升，，，，，，，，晶粒破碎越显着，，，，，，，，经退火热处置惩罚后爆发了显着的再结晶历程，，，，，，，，保存细晶强化征象。。。。。。。。

（2）钛铌挤压棒材经由固溶处置惩罚后，，，，，，，，强度和硬度提高较大，，，，，，，，塑性下降显着。。。。。。。。随着加工率的逐步增大，，，，，，，，棒材的抗拉强度、硬度、塑性都在缓慢提升，，，，，，，，这主要是由于细晶强化作用所致。。。。。。。。 

（3）钛铌棒材拉伸断口为典范的等轴韧窝，，，，，，，，随着棒材加工率的增大，，，，，，，，韧窝逐渐变大，，，，，，，，变深，，，，，，，，数目也增多。。。。。。。。

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