李尚霖 王珂娜 何偉 權(quán)偉

（西安漢唐分析檢測(cè)有限公司 西安 710000）

0 引言

ASTM Gr.37（Ti-1.5Al）常被用于汽車(chē)排氣系統(tǒng)[1]。相變點(diǎn)是制定材料熱處理工藝和選擇熱加工變形參數(shù)的依據(jù)，也是考慮加熱過(guò)程中被氧和氮污染程度的重要參考[2]。筆者分別采用計(jì)算法、差熱分析法和金相法對(duì)該鈦合金的相變點(diǎn)進(jìn)行了探究，分析了3種方法的測(cè)試結(jié)果，確定了該鈦合金的相變點(diǎn)。為進(jìn)一步研究提供了依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

本試驗(yàn)材料是Gr.37環(huán)材。表1為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM B348-11中規(guī)定Gr.37的標(biāo)準(zhǔn)成分與經(jīng)化學(xué)分析及氣體分析測(cè)得主要化學(xué)成分及雜質(zhì)含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）。

表1 Gr.37合金的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

差熱分析法使用儀器為T(mén)GA/DSC熱分析儀，其參比樣品為粉末狀A(yù)l2O3，升溫速率為20℃/min；保護(hù)氬氣流量為50mL/min。

金相法測(cè)定相變溫度，試樣尺寸為Φ10mm×10mm，保溫時(shí)間為30min，淬火延遲小于3s。制備試樣，通過(guò)ZEISS Observer.A1m光學(xué)顯微鏡觀察金相組織的初生α相變化趨勢(shì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 計(jì)算法

計(jì)算法是根據(jù)各元素對(duì)鈦合金相變溫度的影響來(lái)推算相變點(diǎn)的一種方法[3]，它可以為金相法確定熱處理溫度的范圍提供可靠的依據(jù)。其公式為：

Tα+β/β相變點(diǎn)=885℃ + ∑各元素含量×該元素對(duì)α+β/α相變點(diǎn)的影響（1）

式中885℃為計(jì)算時(shí)純鈦的相變點(diǎn)。

鈦合金中部分元素部分含量對(duì)相變溫度影響見(jiàn)表2[4]。

表2 元素含量對(duì)鈦相變點(diǎn)的影響

代入計(jì)算Gr.37的Tα+β/β相變點(diǎn)=946.6℃。所以推算出的Gr.37鈦合金相變點(diǎn)為947℃左右。

2.2 差熱分析法

差熱分析法測(cè)定鈦合金相變溫度是借助于差熱分析儀將待測(cè)試樣與另一參比試樣在完全相同的條件下加熱（或冷卻），根據(jù)兩者溫差與溫度或時(shí)間的變化關(guān)系（DSC曲線(xiàn)），從而對(duì)物質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行判定。

圖1為差熱分析法測(cè)得Gr.37鈦合金相變點(diǎn)的DSC曲線(xiàn)。試樣是經(jīng)高溫變形后空冷的組織，由于試樣采用空冷的冷卻方式很難消除變形應(yīng)力，導(dǎo)致DSC試樣存在殘余應(yīng)力，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，隨著溫度的升高會(huì)出現(xiàn)殘余應(yīng)力的釋放過(guò)程，由于殘余應(yīng)力的釋放是放熱過(guò)程，所以實(shí)驗(yàn)前階段DSC曲線(xiàn)偏離基線(xiàn)向上放熱[5]。對(duì)于Gr.37鈦合金而言，α-Ti→β-Ti轉(zhuǎn)變是一個(gè)吸熱反應(yīng)，DSC曲線(xiàn)不斷下降，當(dāng)溫度在954.74℃時(shí)達(dá)到極值，表明相變溫度在954.74℃左右。由于測(cè)量過(guò)程中不斷加熱，導(dǎo)致熱滯后現(xiàn)象產(chǎn)生，推遲了α相向β相轉(zhuǎn)變。以上，差熱分析法測(cè)得的相變溫度偏高，實(shí)際上Gr.37相變溫度應(yīng)該在954.74℃以下。

圖1 Gr.37鈦合金DSC曲線(xiàn)

2.3 金相法

依據(jù)計(jì)算法所得結(jié)果選擇恰當(dāng)?shù)臒崽幚頊囟确秶?，間隔5℃設(shè)置一個(gè)溫度點(diǎn)。從而可確定該鈦合金選擇940℃，945℃，950℃，955℃，960℃較為合適。根據(jù)GB/T 23605-2020《鈦合金β轉(zhuǎn)變溫度測(cè)定方法》中規(guī)定β轉(zhuǎn)變溫度為α相含量為0%的試樣代表的熱處理溫度和相鄰α相含量大于0%的試樣代表的熱處理溫度的平均值[6]。

圖2為部分溫度對(duì)應(yīng)的顯微組織照片。圖中可以看出在940℃時(shí)，試樣中仍含有大量的初生α相。隨著熱處理溫度的升高，950℃時(shí)初生α相含量已明顯減少，但仍存在。直到955℃時(shí)已完全看不到初生α相，全部為馬氏體。因此判定相變點(diǎn)在950℃-955℃之間，得到相變點(diǎn)為952℃。

圖2 金相法測(cè)定Gr.37相變點(diǎn)溫度的顯微組織照片（200X）

3 結(jié)論

1）采用計(jì)算法計(jì)算出了該Gr.37鈦合金相變溫度在947℃左右，鑒于各元素含量對(duì)相變點(diǎn)的影響值是在一個(gè)含量范圍內(nèi)的計(jì)算值，所以通過(guò)計(jì)算所得到的相變點(diǎn)與實(shí)際是較為接近的。

2）采用差熱分析法測(cè)得該Gr.37鈦合金相變溫度955℃左右。由于相變滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致所測(cè)相變溫度較實(shí)際略高。

3）采用金相法確定該Gr.37鈦合金相變點(diǎn)為952℃。由于熱處理溫度范圍選擇是可靠的，且溫度間隔較小，所以結(jié)果的準(zhǔn)確性較高。

4）通過(guò)對(duì)比上述三種方法得到的結(jié)果，確定了該Gr.37鈦合金的相變點(diǎn)為952℃。