隨著深層、超深層油氣資源成為我國油氣增儲上產的重要接替，鉆井管柱重量不斷增大，對鉆井工具提出了更高的技術需求。Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金具有低密度、高強度、耐腐蝕、抗疲勞等特點，在石油鉆采領域具有廣闊的應用前景，但如何在保證強度和塑性的同時提高沖擊韌性是鈦合金應用的難點。為提高鈦合金鉆桿使用性能，通常采用退火工藝來穩(wěn)定鈦合金組織、消除內應力及提高塑性。但傳統(tǒng)退火熱處理工藝過程合金組織發(fā)生粗化，導致鈦合金強度降低。中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司總工程師馮春正高級工程師針對已工業(yè)化應用的Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr鈦合金鉆桿材料，開展固溶時效熱處理工藝對合金組織和性能的影響研究，為其在石油鉆采領域的推廣應用提供理論依據和實驗室內數據支持。相關研究認識刊登在《石油學報》第45卷第5期。
馮春教授團隊探討了不同熱處理工藝下的組織演變規(guī)律，實驗結果表明Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金在兩相區(qū)固溶時效時產生雙態(tài)組織，初生α相體積分數隨固溶溫度升高而減少，β轉變組織及次生α相尺寸和體積分數隨固溶溫度升高而增加。
研究厘清了不同組織參量鈦合金鉆桿材料力學性能變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在兩相區(qū)固溶時效條件下，隨著固溶溫度的降低，材料抗拉強度和屈服強度分別增加至995MPa和902MPa，沖擊功增加至42.5J；TSSA工藝處理后合金形成α和β相間的片層組織，材料抗拉強度974MPa，屈服強度932MPa，沖擊功45J。
提出了鈦合金鉆桿材料裂紋擴展理論模型假設，認為Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金的韌性與裂紋擴展路徑和曲折程度有關，路徑越長越曲折則材料韌性越高。等軸組織中裂紋能平直地穿過轉變β基體中的α相；片層組織中裂紋沿著α/β相界面擴展或穿過α集束，隨著α片層和α集束位向的變化不斷改變擴展方向。
論文鏈接：http://www.syxb-cps.com.cn/CN/10.7623/syxb202405008
