·354· 工程科学学报，第37卷，第3期 该合金b12mm棒材固溶处理后，弹性模量为51GPa, 表1Ti-26Nh4Zx合金铸锭的化学成分（质量分数） 但是强度较低，约为535MPaW.Ti-26Nb-4Zr合金是 Table 1 Chemical composition of the Ti-26Nb-4Zr alloy ingot 一种亚稳定的B钛合金，其力学性能可以通过形变热 % 处理进行调整.金属材料在冷变形过程中会产生变形 Nb Ix 0 Ti 39.13 5.52 0.00650.080 0.0038 余量 织构，例如，在Ti-29Nb9TaH0Zr合金中，随着冷变形 量的增加，出现y纤维织构、{112}(111〉、{001} 织构分析在Philips APD10X射线衍射仪上进行， 0i0)和{010(O01)织构☒.随着变形织构的类型 采用CuK。射线，电压为40kV,电流为20mA,测量步 和含量改变，合金的力学性能和弹性模量也可能随之 长为4°·min-l,20角范围为30°~80°，测试了B相 发生变化国.因此，本文以Ti-26Nb-4Zr合金为基础， (002)、(110)和(211)三个晶面的不全极图，测试方向 研究冷轧变形量及后续热处理对合金板材织构和力学 均沿着轧制面方向，然后计算取向分布函数(ODF)图. 性能的影响 所测织构均为表面织构.室温拉伸试验在岛津AG一 1 实验方法 250KNS电子万能试验机上进行，试样标距长度为50 mm,宽度为l2.5mm,采用50mm引伸计以便测定弹性 以纯Ti、纯Zr、Nb50Ti（质量分数，%)中间合金 模量.为了结果准确，测试三个试样取平均值 为原材料，按照名义成分配比，采用三次真空自耗熔炼 2实验结果与讨论 方法制备Ti-26b4Zr(原子数分数，%)合金铸锭. 铸锭为210mm,60kg,化学成分分析结果见表1.采 2.1板材冷轧及固溶处理后的织构演变 用淬火金相法测定合金的相变点约为530℃.将T一 Ti-26Nb4Zr合金板材冷轧时发现，真空自耗熔 26Nb-4Zr合金铸锭在1050℃均匀化处理2h后，在 炼方法制备的合金具有优异的冷加工性能，12mm厚 1000℃加热开坯锻造，然后经过逐渐降温的中间锻造 的板材不经过中间退火可以直接冷轧为O.8mm厚的 加工成25mm厚的板坯，再在800℃加热轧制成厚度 薄板，冷变形量达到了93%.在变形量为50%、60%、 12mm冷轧坯料.对冷轧坯料进行800℃/0.5h/水冷 70%、80%和93%时取样，测试冷轧态板材的织构分 热处理，去除氧化皮，然后分别进行变形量为50%~ 布，分别记为50CR、60CR、70CR、80CR和93CR.图1 93%的冷轧变形，得到厚度为0.8~6mm的冷轧态板 给出了92=25°和92=45°的取向分布函数截面图(p1= 材.对冷轧板材进行800℃0.5h/空冷固溶处理，得 0°90°，D=0°-90°).将图中极密度最大值处的欧拉角 到固溶态板材. {9,D,,}对应的低指数晶面和晶向指数列于表2 表2Ti-26Nb-4Zx合金冷轧态板材的主要织构组分 Table 2 Main texture components of the cold-rolled Ti-26Nb-4Zr alloy plates 50CR 60CR 70CR 80CR 93CR {00l〈uro〉 {12(432) {121(1i) {1211i1) {12}(111),{000(110> 从图1可以看出：50CR试样中，主要形成了 晶，出现了再结晶织构.对于50ST试样，固溶处理后 {001}〈uw〉冷轧织构；变形量达到60%后，{001} 板材的织构明显减弱，织构组分主要为{00110)，密度 uw〉织构消失，主要织构转变为{12}(432)，同时 最大值为16.当变形量达到70%后，随着变形量增 出现较弱的{12}111〉织构：随着冷变形量进一步增 加，{00}110)织构逐渐减弱直至消失，y取向线的 加，{12}(432〉织构消失，{12}111〉织构增强：但 再结晶织构{11}110〉逐渐增强：冷变形量从70% 是当变形量达到93%后，{121}111)织构减弱，板材 增加到93%，{111}〈110〉织构的极密度由11增加 中出现强化的{00}110)织构，密度最大值达到31,26.因此，Ti-26Nb-4Zr合金冷轧板材固溶处理形成的 从而形成了{121}(111〉和{001}(110)混合织构. 再结晶织构演变特征为，随着冷轧变形量的增加，逐渐 对50%~93%冷变形的冷轧板材进行800℃10.5 形成{11}〈110》织构并加强.无论冷变形量如何，固 h/空冷固溶处理，测试固溶态(ST)板材的织构分布， 溶处理后形成的织构110〉始终与轧制方向平行 分别记为50sT.60ST、70ST、80ST和93ST.图2给出了 B相具有体心立方(BCC)结构，滑移系多，冷变形 P2=0°和P2=45的0DF截面图(0，=0°→90°，D= 能力强.在体心立方金属中，滑移沿着111〉密排方向 0°→90)，得到的主要织构组分如表3所示.对Ti- 进行，主要的滑移面有{110}、{112}和{123}，随着 26Nb-4Zr合金冷轧板材，800℃固溶处理后发生再结 变形量增加晶粒取向逐渐向一个或多个取向转动，形工程科学学报，第 37 卷，第 3 期 该合金 12 mm 棒材固溶处理后，弹性模量为 51 GPa， 但是强度较低，约为 535 MPa［11］． Ti--26Nb--4Zr 合金是 一种亚稳定的 β 钛合金，其力学性能可以通过形变热 处理进行调整． 金属材料在冷变形过程中会产生变形 织构，例如，在 Ti--29Nb--9Ta--10Zr 合金中，随着冷变形 量的 增 加，出 现 γ 纤 维 织 构、{ 112} 〈1 11〉、{ 001 } 〈0 10〉和{ 010} 〈001〉织构［12］． 随着变形织构的类型 和含量改变，合金的力学性能和弹性模量也可能随之 发生变化［13］． 因此，本文以 Ti--26Nb--4Zr 合金为基础， 研究冷轧变形量及后续热处理对合金板材织构和力学 性能的影响． 1 实验方法 以纯 Ti、纯 Zr、Nb--50Ti ( 质量分数，% ) 中间合金 为原材料，按照名义成分配比，采用三次真空自耗熔炼 方法制备 Ti--26Nb--4Zr( 原子数分数，% ) 合金铸锭． 铸锭为 210 mm，60 kg，化学成分分析结果见表 1． 采 用淬火金相法测定合金的相变点约为 530 ℃ ． 将 Ti-- 26Nb--4Zr 合金铸锭在 1050 ℃ 均匀化处理 2 h 后，在 1000 ℃加热开坯锻造，然后经过逐渐降温的中间锻造 加工成 25 mm 厚的板坯，再在 800 ℃ 加热轧制成厚度 12 mm 冷轧坯料． 对冷轧坯料进行 800 ℃ /0. 5 h /水冷 热处理，去除氧化皮，然后分别进行变形量为 50% ～ 93% 的冷轧变形，得到厚度为 0. 8 ～ 6 mm 的冷轧态板 材． 对冷轧板材进行 800 ℃ /0. 5 h /空冷固溶处理，得 到固溶态板材． 表 1 Ti--26Nb--4Zr 合金铸锭的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of the Ti--26Nb--4Zr alloy ingot % Nb Zr C O N Ti 39. 13 5. 52 0. 0065 0. 080 0. 0038 余量 织构分析在 Philips APD10 X 射线衍射仪上进行， 采用 Cu Kα 射线，电压为 40 kV，电流为 20 mA，测量步 长为 4°·min － 1，2θ 角范围 为 30° ～ 80°，测 试 了 β 相 ( 002) 、( 110) 和( 211) 三个晶面的不全极图，测试方向 均沿着轧制面方向，然后计算取向分布函数( ODF) 图． 所测织构均为表面织构． 室温拉伸试验在岛津 AG-- 250KNIS 电子万能试验机上进行，试样标距长度为 50 mm，宽度为 12. 5 mm，采用 50 mm 引伸计以便测定弹性 模量． 为了结果准确，测试三个试样取平均值． 2 实验结果与讨论 2. 1 板材冷轧及固溶处理后的织构演变 Ti--26Nb--4Zr 合金板材冷轧时发现，真空自耗熔 炼方法制备的合金具有优异的冷加工性能，12 mm 厚 的板材不经过中间退火可以直接冷轧为 0. 8 mm 厚的 薄板，冷变形量达到了 93% ． 在变形量为 50% 、60% 、 70% 、80% 和 93% 时取样，测试冷轧态板材的织构分 布，分别记为 50CＲ、60CＲ、70CＲ、80CＲ 和 93CＲ． 图 1 给出了 φ2 = 25°和 φ2 = 45°的取向分布函数截面图( φ1 = 0°→90°，Ф = 0°→90°) ． 将图中极密度最大值处的欧拉角 { φ1，Ф，φ2 } 对应的低指数晶面和晶向指数列于表2． 表 2 Ti--26Nb--4Zr 合金冷轧态板材的主要织构组分 Table 2 Main texture components of the cold-rolled Ti--26Nb--4Zr alloy plates 50CＲ 60CＲ 70CＲ 80CＲ 93CＲ { 001} 〈uvw〉 { 121} 〈4 32〉 { 121} 〈1 11〉 { 121} 〈1 11〉 { 121} 〈1 11〉，{ 001} 〈110〉 从 图 1 可 以 看 出: 50CＲ 试 样 中，主 要 形 成 了 { 001} 〈uvw〉冷 轧 织 构; 变 形 量 达 到 60% 后，{ 001 } 〈uvw〉织构消失，主要织构转变为{ 121} 〈4 32〉，同时 出现较弱的{ 121} 〈1 11〉织构; 随着冷变形量进一步增 加，{ 121} 〈4 32〉织构消失，{ 121} 〈1 11〉织构增强; 但 是当变形量达到 93% 后，{ 121} 〈1 11〉织构减弱，板材 中出现强化的{ 001} 〈110〉织构，密度最大值达到 31， 从而形成了{ 121} 〈1 11〉和{ 001} 〈110〉混合织构． 对 50% ～ 93% 冷变形的冷轧板材进行 800 ℃ /0. 5 h /空冷固溶处理，测试固溶态( ST) 板材的织构分布， 分别记为 50ST、60ST、70ST、80ST 和 93ST． 图 2 给出了 φ2 = 0°和 φ2 = 45°的 ODF 截面图( φ1 = 0°→90°，Ф = 0°→90°) ，得到的主要织构组分如表 3 所示． 对 Ti-- 26Nb--4Zr 合金冷轧板材，800 ℃ 固溶处理后发生再结 晶，出现了再结晶织构． 对于 50ST 试样，固溶处理后 板材的织构明显减弱，织构组分主要为{ 001} 〈110〉，密度 最大值为 16． 当变形量达到 70% 后，随着变形量增 加，{ 001} 〈110〉织构逐渐减弱直至消失，γ 取向线的 再结晶织构{ 111} 〈1 10〉逐渐增强; 冷变形量从 70% 增加到 93% ，{ 111} 〈1 10〉织构 的 极 密 度 由 11 增 加 26． 因此，Ti--26Nb--4Zr 合金冷轧板材固溶处理形成的 再结晶织构演变特征为，随着冷轧变形量的增加，逐渐 形成{ 111} 〈1 10〉织构并加强． 无论冷变形量如何，固 溶处理后形成的织构，〈110〉始终与轧制方向平行． β 相具有体心立方( BCC) 结构，滑移系多，冷变形 能力强． 在体心立方金属中，滑移沿着〈111〉密排方向 进行，主要的滑移面有{ 110} 、{ 112} 和{ 123} ，随着 变形量增加晶粒取向逐渐向一个或多个取向转动，形 · 453 ·