TA10鈦合金是以鈦元素為基礎，通過添加不同質量分數的鉬、鎳元素制成的鈦合金。受鉬、鎳元素影響，TA10鈦合金除了具有密度低、比強度高的特點外，其耐蝕性能也比純鈦更為出色。TA10合金在20世紀80年代引入我國時，憑借著其優異的性能，成為了我國艦船用鈦及鈦合金體系中重要的組成部分[1−2]。根據我國GB/T26723—2011《冷軋鈦帶卷》標準，TA10鈦合金的性能按照應用場景劃分為A、B兩類：A類專攻“高強耐蝕”領域，適用于船舶結構、化工反應器等需長期承壓的耐蝕部件；B類則主打“柔性加工”方向，服務于爆炸復合板、精密盤管等需二次塑性成型的復雜構件，其優異的延展性為后續加工提供關鍵保障。

隨著國內制造業水平的不斷提升，高端耐蝕材料的標準也逐步升級。在一些關鍵性領域，材料除了要具備優秀的耐蝕性能外，還需具備輕量化的特點[3−4]，TA10鈦合金因此成為研究的焦點，其應用領域從單一的艦船領域，向海洋、氯堿、化工等領域延伸，市場不斷擴大，需求不斷提升。由于TA10鈦合金前期的使用方向較為單一，對GB/T26723—2011規定的A、B類性能的研究也相對較少，隨著產品應用領域的增加，表現出產品性能穩定性差的情況。為改善此種情況，對TA10鈦合金的成分和退火溫度開展分析研究，從而滿足不同領域對產品的性能需求。

1、實驗方法

實驗流程說明

將2種不同化學成分的鑄錠，在同等工藝條件下鍛造成板坯，銑面后采用相同的熱軋、退火和冷軋工序產出1.5mm冷軋帶卷。在帶卷的頭尾1/4位置，分別進行橫、縱向試樣取樣，取樣后在箱式電阻爐進行退火。利用金相顯微鏡和萬能試驗機，測定材料的組織、性能狀態，鑄錠的制備實驗工藝流程見圖1。

鑄錠成分控制

選用2種配料工藝，第一種（SY-01）采用0級海綿鈦+鈦鉬中間合金+鎳配料，第二種（SY-02）采用0級海綿鈦+鈦鉬中間合金+二氧化鈦配料，經過真空自耗爐熔煉后，獲得2種含有不同氧質量分數的鑄錠（見表1）。

表1 TA10鈦合金鑄錠化學成分（質量分數）

單位：%

試驗編號	Fe	O	N	H	C	Mn	Ni
SY-01	0.032	0.05	0.008	0.001	0.0092	0.26	0.82
SY-02	0.030	0.12	0.008	0.001	0.0093	0.26	0.82

實驗退火及性能檢測

試樣的取樣位置為帶卷頭部1/4和帶卷尾部1/4各取1根橫向（RD）試樣和1根縱向（TD）試樣，將取得的4根試樣定義為一個試樣組。取同一試樣組的橫、縱向試樣力學性能的平均值，用于數據分析，以減小因取樣位置導致的數據誤差。本實驗共取8個試樣組，第一組試樣檢測冷加工態力學性能和金相組織，另7組試樣分別在箱式電阻爐進行550、600、640、680、720、760及800℃保溫隨后空冷1h的退火處理，試樣出爐后，使用萬能試驗機和金相顯微鏡，檢測其力學性能和金相組織。

2、實驗結果與分析

對實驗編號為SY-01（后續簡稱低氧）和SY-02（后續簡稱高氧）的1.5mm冷軋試樣，進行冷加工態和不同溫度退火態的力學性能和顯微組織檢測，獲得力學性能數據如表2所示，其顯微組織照片如圖2、圖3所示。對比發現，2個編號的試樣隨著退火溫度的提升，材料內部的組織狀態變化規律一致，α+β相由條狀逐漸變為球狀，最后生成塊狀α+β相。抗拉強度、屈服強度和延伸率的變化趨勢基本一致，但數值上存在差距。

表2 2種不同含氧質量分數的TA10在不同退火溫度下的性能

退火溫度	方向	SY-01				SY-02
		抗拉強度 /MPa	屈服強度 /MPa	延伸率 /%	備注	抗拉強度 /MPa	屈服強度 /MPa	延伸率 /%	備注
冷加工態	RD	799	727	12	不合	842	785	9	不合
	TD	717	657	13	-	764	702	9.5	-
550 ℃	RD	680	620	18.5	A 合格	695	623	17	不合
	TD	598	524	19.5	-	608	532	17.5	-
600 ℃	RD	585	520	19.5	A 合格	584	518	18.5	A 合格
	TD	525	425	22	-	526	405	20	-
640 ℃	RD	535	478	29	B 合格	555	489	21.5	A 合格
	TD	484	378
680 ℃	RD	445	384	36	B 合格	505	461	24.5	A 合格
	TD	467	305	38.5	-	489	364	25	-
720 ℃	RD	447	382	28.5	B 合格	504	457	21.5	A 合格
	TD	468	304	29	-	488	363	22	-
760 ℃	RD	446	378	21	不合	506	459	19	A 合格
	TD	466	304	22.5	-	489	366	20	-
800 ℃	RD	444	380	17	不合	508	462	16.5	不合
	TD	468	302	19	-	492	365	17	-
A 類性能標準 *	RD&TD	≥ 485	≥ 345	≥ 18	-	≥ 485	≥ 345	≥ 18	-
B 類性能標準 *	RD&TD	≥ 345	≥ 275	≥ 25	-	≥ 345	≥ 275	≥ 25	-

 

退火溫度對材料性能的影響

根據圖2和圖3分析可知，冷加工態下受冷變形影響，熱軋退火組織得到充分破碎獲得針狀的α+β組織，見圖2(a)、3(a)，高氧TA10和低氧TA10均為明顯的加工組織，晶粒具有明顯的取向性，分布呈現加工流線，受加工硬化的影響，冷加工態下的TA10強度最高。在550~640℃退火狀態下，隨著溫度的提升，晶粒由針狀α+β組織向條狀α+β組織轉變，其形貌如圖2(b)~2(d)和圖3(b)~3(d)所示。晶粒變得飽滿，單位體積內晶界數量降低，材料強度降低。當退火溫度提升至680℃時，晶粒由條狀α+β轉向變球狀α+β轉變，見圖2(e)和圖3(e)，隨著溫度的提升，材料發生再結晶，組織轉變為幾何形狀規則的多邊形晶界，小角度晶界減少，大角度晶界增加，最后完全變成等軸晶。隨著方向性和位錯的減弱，晶粒滑移系增加，此階段材料的強度幾乎不再變化，延伸率顯著提升。隨著溫度的繼續升高，退火溫度達到720~800℃時，晶粒出現異常長大，見圖2(f)~2(h)和圖3(f)~3(h)，組織內部出現大塊無序α+β組織。由于大塊和無序α+β的產生，內部組織缺陷增多，致使晶粒的滑移受阻，延伸率下降。將數據繪制成曲線可以發現，隨著退火溫度的提升，TA10鈦合金的抗拉強度，呈先下降后平穩的變化趨勢，延伸率呈先升高后降低的變化趨勢，如圖4所示。TA10鈦合金在680℃再結晶效果最好，延伸率達到最大值，當溫度超過750℃后，晶粒異常長大，延伸性能顯著下降。

含氧質量分數對材料性能的影響

從圖2和圖3可以看出，隨著退火溫度的提升，高氧TA10和低氧TA10的內部組織變化規律基本一致，但在其強度和延伸率的變化規律上存在差異（見圖4）。高氧TA10在強度方面明顯優于低氧TA10，但在延伸率上低氧TA10卻顯著高于高氧TA10。這是由于氧元素在鈦合金中屬于間隙雜質元素，氧元素增加導致固溶于α鈦中的間隙式固溶體增加，造成合金性能的強化，致使合金強度提高，塑性降低。對照GB/T26723—2011標準中A、B類性能指標可以發現，氧質量分數為0.05%的情況下，隨著退火溫度的提升，材料的性能出現了A、B類性能轉化情況，這是由于在550~600℃退火溫度下，材料未進行再結晶只進行了回復，內部缺陷未完全消除，導致其強度較高，因此滿足A類性能指標。但此時的材料處于一種不穩定狀態，后續進行熱加工，可能會產生性能的變化。隨著退火溫度提升至680~720℃，材料開始進行再結晶，組織狀態由非穩定態轉變為穩定態，此時材料的性能可滿足B類指標，但強度達不到A類指標要求。在氧質量分數為0.12%的情況下，受間隙元素影響，即便在完全再結晶狀態下，材料的延伸率也無法達到25%。因此，此成分區間的材料，僅能滿足A類性能指標，不滿足B類性能指標。通過對比可以發現，雜質元素含量是影響TA10鈦合金A、B類性能的關鍵控制點。

結束語

(1)退火溫度在550~800℃時，隨著退火溫度的升高，材料的抗拉強度和屈服強度，呈先下降后平穩變化趨勢，延伸率呈先升高后降低的拋物線變化趨勢；

(2)TA10鈦合金的熱處理溫度，在680℃可獲得良好的等軸晶粒，且無晶粒異常長大現象，此退火溫度下材料的機械性能最優；

(3)氧元素質量分數是控制TA10鈦合金A、B類性能的關鍵控制點，氧質量分數為0.05%的TA10鈦合金冷軋帶，通過調整退火溫度，可獲得國標GB/T26723—2011中穩定的B類性能，也可獲得不穩定狀態的A類性能。質量分數為0.12%的TA10鈦合金冷軋帶，通過調整退火溫度，可獲得國標GB/T26723—2011中穩定的A類性能，不能獲得B類性能。

參考文獻

[1]海敏娜，黃帆，王永梅.淺析鈦及鈦合金在海洋裝備上的應用.金屬世界，2021(5)：16

[2]楊夢迪，張明玉，于成泉，等.固溶時效處理對TA10鈦合金組織與力學性能的影響.金屬世界，2024(1)：49

[3]宋西平.鈦合金在汽車零件上的應用現狀及研發趨勢.鈦工業進展，2007(5)：9

[4]白志剛.鈦合金產業市場分析和發展趨勢.中小企業管理與科技(下旬刊)，2014(7)：151

作者簡介：曲家東（1990—），男，遼寧省沈陽人，從事生產技術管理，2013年畢業于遼寧科技大學材料成型及控制工程專業，主要研究方向：鈦及鈦合金冷、熱軋板卷技術質量工作，發表實用新型專利3項，獲得遼寧省科技進步三等獎1項，編制企業內控標準、工藝規程、工序質量標準等技術質量文件多項。通信地址：遼寧省沈陽市蘇家屯區桂花街358號，E-mail：windowsqjd@outlook.com。

（注，原文標題：TA10鈦合金性能調控的秘密：氧含量與退火溫度如何決定材料“性格”？）

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