1 前言

在强流质子加速器中，安装于靶前段的束流窗不仅承受热载荷与机械载荷，还长期处于数十原子离位次数量级的辐照环境。由于传统材料Ti-6Al-4V（Ti-64）在辐照作用下表现出明显的硬化与延展性下降，因此正在研究采用具有更高抗辐照性能的亚稳定β型钛合金Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al（Ti-15-3）。

本研究以该合金的大规格坯料为原料，开展了实机形状的试制加工与热处理，并对其作为束流窗的适用性进行了评估。

2 试验方法

采用神户制钢生产的Ti-15-3坯料（φ140×L1000mm），首先在α+β相区（750℃）进行镦锻成形。随后实施800℃、保温2h的固溶处理，并开展组织观察与室温拉伸试验。接着，在β相区（880℃）进行热轧加工，在较高应变速率条件下以促进再结晶晶粒的形成。同样以α+β相区锻造材料为对象，加工制备束流窗，加工后实施两段时效处理（300℃×8h→540℃×24h）。

3 试验结果

α+β相区锻造材料的组织不均匀，粗大晶粒与再结晶晶粒混杂共存；经固溶处理后，其延展性得到改善，可进行束流窗形状的机械加工（图1）。表面粗糙度Ra=0.06μm，加工精度高，经时效处理后亦未见尺寸变化或变形。X射线透照检测亦未发现任何缺陷。另一方面，β相区热轧试样则形成了更为细小的再结晶晶粒，证实了其作为束流窗实机制造用母材的可行性。

4 结论

针对Ti-15-3合金，即使采用α+β相区的镦锻坯料，通过实施适当的热处理，亦可实现高精度的束流窗加工。此外，经β相区热轧制得的母材表现出更为优良的组织；随着进一步优化加工与热处理工艺条件，有望将其作为兼具耐辐照和优异力学性能的结构材料而实现实用。