添加微量硼对Ti-6Al-4V合金拉伸和疲劳性能的影响

　　Ti-6Al-4V合金具有良好的强度、刚硬度、韧性及疲劳性能匹配，被广泛应用于航空工业。然而，铸态Ti-6Al-4V合金原始β晶粒较大，正常情况下有几个毫米，需要多步热加工才能使其铸态组织破碎。近期研究表明，加入少量的B(约0.1%)可以使合金晶粒尺寸在凝固过程中从2 mm减小到200 μm，从而减少高能耗热加工的步骤和时间。B的加入还可以减少楔形裂纹和空洞的形成，改善合金的室温、高温拉伸强度及疲劳性能。印度学者Gaurav Singh等人研究了添加微量B元素的Ti-6Al-4V合金的拉伸性能和疲劳性能。通过感应熔炼制备成分均匀的Ti-6Al-4V-xB(x=0、0.04、0.09)合金。铸态合金在100 MPa下进行900 ℃×2 h热等静压，然后在950 ℃(Ti-6Al-4V-0.04B合金的Tβ为1 010 ℃)沿厚度方向热锻，变形量为50%，应变速率为1 s-1，锻后空冷。研究表明，热加工后合金的显微组织参数如原始β晶粒大小、α条束宽度、层片尺寸等，与铸态相比没有发生变化。这是由于热加工温度处在α+β两相区，Ti-6Al-4V合金的α→β相变激活能较高，在高应变速率(1 s-1) 下未发生动态再结晶。热加工后，Ti-6Al-4V合金形成了强烈的织构，Ti-6Al-4V-0.04B合金形成少量的织构，而Ti-6Al-4V-0.09B合金未形成织构，晶粒取向是完全随机的。

　　锻态Ti-6Al-4V合金与铸态相比，在方向的锥面滑移有更高的临界剪切应力，因此有更高的屈服强度及抗拉强度。锻态Ti-6Al-4V-0.04B合金和Ti-6Al-4V-0.09B合金的真应变失效值及屈服强度与铸态相比没有显著差别。这是由于锻造加工后合金晶粒大小及层片尺寸没有明显变化。添加B的Ti-6Al-4V合金中，形成的TiB粒子沿流变方向的有序排列，导致合金抗拉强度有微小的增加。疲劳试验结果表明，锻态合金与铸态相比具有更好的疲劳性能，这是由于锻造过程提高了抗拉强度并使铸造时形成的空洞得以愈合。B元素的添加量为0.09%时，铸态及锻态合金的疲劳强度均显著提高，然而添加量为0.04%时，合金的疲劳强度都有轻微减小，这可能是由于B导致的晶界α相体积分数增加。